Only Perception: 控制大多數原子現在成為可能

2008-03-14

控制大多數原子現在成為可能

Controlling most atoms now possible
http://www.physorg.com/news124042125.html

March 06, 2008

利用德州大學 Austin 分校物理學家 Mark Raizen 所開發的成對技術，現在有可能將週期表上絕大多數原子停止並冷卻。

Raizen 讓一道超音波束（supersonic beam）通過一具「原子的線圈槍（coilgun，高斯槍」，並使用「單光子冷卻」來冷卻它們，進而使原子停止。

這種技術在原子物理學中是一大進步，並且具有各種科學與技術上的應用。它們能用來測定微中子的質量，那是黑暗物質的首要候選者。

"我們的方法開啟了全新的研究途徑，" Raizen 說，物理學教授。"我們幾乎可控制任何原子，與許多分子。"

這項結果，發表在 3/7 Physical Review Letters 的二篇論文中，是 Raizen 及其研究小組陷住（trapping）並冷卻原子之多年研究的頂點。

迄今，將原子冷卻接近絕對零度（攝氏 -273.15 度）已使用雷射冷卻完成，這種方法受到 1997 諾貝爾物理獎的表彰。儘管它有極大的成功，不過雷射冷卻受限於週期表上一小組元素。

Raizen 說他的二種方法能一前一後的使用，以便將週期表上任何順磁性的（paramagnetic）原子，陷住並冷卻近乎至絕對零度，這涵括超過了 85% 的週期表原子。

在一組實驗中，一道氖原子的超音波束利用 64 階線圈槍完全停止。（在先前的研究裡，Raizen 利用 18 階線圈槍使氖原子變慢。）

線圈槍藉由發射出一道超音波原子束，使其通過一個直徑有 3 mm、64 個以銅線製成之磁性線圈（也因此 64 階）所圍繞而成的孔來運作。

線圈藉由使原子攀爬一座「磁性小山」而減緩其速度。在原子有時間滾離並恢復速度之前，這座小山被移除，而原子就變成帶磁性地受陷（magnetically trapped）。

"關於線圈槍技術的驚人事物是它的簡單性，" Raizen。"我們使用常見的銅線來製作線圈。期望是，這將允許他人利用這種技術陷住並冷卻其他原子。"

這種線圈槍成功的關鍵是利用 Raizen 來自於（以色列）特拉維夫大學之共同研究者， Uzi Even 教授所開發的超音波束技術。

在另一組實驗中，原子利用一種稱為「單光子冷卻」的方式冷卻。

原子受陷於一種裝上（fitted）內部障礙的，以綠雷射製成的一個盒子中 -- 一種單向的雷射光牆，那能讓原子從一個方向通過，其他方向則否。其行為有點像細胞膜，那只允許離子從一種方向通過。

※ 相關報導：

＊ Stopping Supersonic Beams with a Series of Pulsed Electromagnetic Coils: An Atomic Coilgun
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e093003

Edvardas Narevicius, Adam Libson, Christian G. Parthey,
Isaac Chavez, Julia Narevicius, Uzi Even, and Mark G. Raizen
Phys. Rev. Lett. 100, 093003 (2008)
doi: 10.1103/PhysRevLett.100.093003

＊ Single-Photon Atomic Cooling
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e093004

Gabriel N. Price, S. Travis Bannerman, Kirsten Viering,
Edvardas Narevicius, and Mark G. Raizen
Phys. Rev. Lett. 100, 093004 (2008)
doi: 10.1103/PhysRevLett.100.093004