Only Perception: 研究者首度完成凡得瓦力的直接測量

2013-07-09

研究者首度完成凡得瓦力的直接測量

Researchers perform first direct measurement of Van der Waals force
http://phys.org/news/2013-07-van-der-waals.html

By Bob Yirka, 2013.07.09

(Phys.org) -- 在 French National Center for Scientific Research 工作的研究者首度直接測量二原子間的凡得瓦力（Van der Waals force，范德瓦耳斯力）。他們發表在 Physical Review Letters 期刊上的論文裡，這個團隊描述他們如何使用雷射穩定二個原子，並以第三道雷射來測量它們之間的凡得瓦力。

這種原子之間的微弱力量，以其發現者 Johannes Diderik van der Waals 為名，是一種在許多材料中顯而易見的特性 -- 那正是使絕大多數氣體分子結合在一起的東西。科學家亦發現，那也是使壁虎的腳趾能夠黏在光滑牆壁上的原因。但因為這種微弱的力量只有當原子非常靠近時才會出現，所以科學家直到目前為止都無法直接測量它。

在這個最新嘗試中，研究團隊選擇使用 Rydberg 原子（里德堡原子）。這種原子比較大且其中一個電子具高電荷態（highly charged state）。在測量凡得瓦力的嘗試上，這使得它們成為一個不錯的候選者 -- 它們之間的力比其他原子對更大，也因為如此可在較長的距離下測量。

他們首先使一對雷射朝這對雙胞胎 Rydberg 原子開轟。這麼做能使它們維持穩定。接下來，他們朝這二個原子轟出第三道雷射，使它們在想要的頻率下振盪。藉由測量這些振盪，研究者能夠以數學方式算出它們之間的凡得瓦力。更明確的說，研究者測量基態與激態之間的振盪，注意到在測量時二原子間的距離是個關鍵 -- 太靠近的話，其中一個原子的激發會壓制另一個 -- 太遠的話，此力會變得過於微弱以至於無法測量。把第三道雷射當成光學鑷子使用，就能調整二原子間的距離，那最終導致正確的測量距離。

該團隊亦注意到，這種用來測量凡得瓦力的技術也能使振盪中的原子演變成完全同調態（coherent state）。這意味此技術能用來創造量子邏輯閘，那最後也許能證明，對於量子電腦的創造有所助益。

※ 相關報導：

＊ Direct Measurement of the van der Waals Interaction between Two Rydberg Atoms
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.110.263201