Only Perception: 物理學家為了更細緻的原子媒合轉向無線電

2009-10-23

物理學家為了更細緻的原子媒合轉向無線電

Physicists Turn to Radio Dial for Finer Atomic Matchmaking
http://www.physorg.com/news175281818.html

October 20th, 2009

(PhysOrg.com) -- 調查銣（rubidium）原子超冷氣體中的神祕資料時，來自 NIST Joint Quantum 研究所以及 Maryland 大學的科學家還有他們的同僚發現，經適當調整的射頻（RF）波能影響有多少原子彼此相吸或相斥，為其交互作用的控制開闢了一種新方法。

如同作者們在即將出刊這期 Physical Review A 上的報告，除使用更傳統的磁場之外，這種射頻輻射可作為第二種「旋鈕（knob）」以控制超冷氣體中的原子如何交互作用。正如家用收音機可輕易藉由電子方式調整接收器之頻率或以機械方式來移動天線，進而改善訊號接收一樣，這種有二種獨立「旋鈕」來影響原子氣體中之交互作用的方法，較之前所有方法，能產生更豐富且更奇特的超冷原子排列。

先前超冷氣體的研究，包括玻色--愛因斯坦凝聚（BEC），都利用單一一種「旋鈕」-- 傳統的磁場 -- 使原子受到控制。這些磁場可調整原子，強化或弱化它們與鄰居之間的交互作用、使它們組成分子或將它們從相吸狀態切換成相斥狀態。加入第二種控制，將使得獨立調整不同狀態原子間的交互作用或甚至是不同類型的原子成為可能。這麼棒的控制甚至可導致更加特異的物質狀態。例如，第二個旋鈕或能使一種奇特的三原子排列，稱為 Efimov state 更容易被創造，在此二個中性原子原先不會彼此強烈地交互作用，在適當狀態下加入第三個原子，它們就會合在一起。

多年來，研究者希望把 RF 輻射當作原子的第二個旋鈕使用，但受限於所需之高功率。不過這項研究證明，接近磁場值（near magnetic field values）對於這些交互作用有很大的效應，且所需 RF 功率明顯少了許多並使得有用的控制成為可能。

在這項研究中，JQI/NIST 團隊檢查受陷（trapped）銣原子令人感到困惑的實驗資料，那來自於麻州 Amherst 大學，David Hall 的小組。這項資料證明，RF 輻射在調整原子碰撞中是一項重要因素。

為了解釋其中「碰撞隨著 RF 頻率與磁場變化」的複雜方式，NIST 的理論學家 Thomas Hanna 開發出一套此實驗安排的簡易模型。這套模型重建銣原子的能量地景（landscape）並解釋 RF 輻射如何改變這個原子與另一個原子的交互作用。除了提供銣的路線圖之外，這種簡化的理論性方法可揭露如何使用 RF 來控制由它元素原子所構成的超冷氣體，Hanna 表示。

※ 對於核融合研究也有幫助。相關報導：

＊ Radio-frequency dressing of multiple-Feshbach resonances
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.80.050701