开创性的实验-物理学家抓住单个原子&观察复杂的原子相互作用

时间:2020-03-02 19:52 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

开创性的实验-物理学家抓住单个原子&观察复杂的原子相互作用

在量子物理学领域,奥塔哥大学的研究人员首次“持有”单个原子就位,并观察到以前未见过的复杂原子相互作用。

无数的设备包括激光、镜子、真空室,和显微镜在Otago&rsquo组装;s物理系,加上大量的时间,精力,和专业知识,提供了原料调查这个量子过程,直到现在才明白通过统计平均从实验中涉及大量的原子。

该实验通过提供一种以前从未见过的微观世界的视角来改进现有的知识,其结果令研究人员感到惊讶。

“我们的方法是利用高度聚焦的激光束,在一个高度真空的(真空)腔中,将三个原子单独捕获并冷却到大约百万分之一开尔文的温度,这个腔大约有一个烤面包机那么大。我们慢慢地把含有原子的阱结合起来,产生我们所测量的可控相互作用。”奥塔哥大学物理系副教授Mikkel F. Andersen说。

开创性的实验-物理学家抓住单个原子&观察复杂的原子相互作用

当三个原子相互靠近时,两个原子形成一个分子,所有原子都从这个过程中释放的能量中获得能量。显微镜照相机使这一过程得以放大和观察。

“仅仅两个原子不能形成一个分子,至少需要三个原子才能形成化学反应。我们的工作是第一次独立地研究这一基本过程,结果表明,它得出了几个令人惊讶的结果,这是以前在大型原子云中测量所没有预料到的。”领导这项实验的博士后研究员马文·维兰德说。

例如,研究人员能够看到单个过程的确切结果,并观察到两个原子一起离开实验的新过程。到目前为止,在许多原子的实验中还无法观察到这种程度的细节。

“通过在分子水平上的研究,我们现在对原子如何相互碰撞和反应有了更多的了解。随着技术的发展,这项技术可以为制造和控制特定化学物质的单个分子提供一种方法。”Weyland补充道。

副教授安德森承认的技术和水平细节很难理解量子物理学以外的世界,但是他相信这门科学的应用将有助于未来量子技术的发展可能会影响社会一样早些时候量子技术使现代计算机和互联网。

“在过去的几十年里,关于在越来越小的范围内进行建筑的研究为技术的发展提供了动力。例如,这就是今天的手机比80年代的超级计算机有更强计算能力的唯一原因。我们的研究试图为建造尽可能小的尺度,即原子尺度,铺平道路,我很高兴看到我们的发现将如何影响未来的技术进步。”安徒生副教授说。

实验结果表明,与其他实验和理论计算相比,形成一个分子所需的时间远远超过预期,而目前这些实验和理论计算还不足以解释这一现象。虽然研究人员提出了可能解释这种差异的机制,但他们强调需要在实验量子力学的这一领域进行进一步的理论发展。

参考文献:“冷原子三联体碰撞动力学的直接测量”通过L . 。雷诺兹,E.施瓦茨,尤伯林,M.维兰,J.布兰德和M.廷斯帕夫。安徒生,2020年2月18日,《物理评论快报》。

DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.073401

这项完全以新西兰为基地的研究主要由奥塔哥大学物理系的成员进行,梅西大学的理论物理学家们提供了帮助。

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