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激光作用下的原子相互吸引
发布日期:2022-08-04 14:33   来源:未知   阅读:

  来自维也纳Innsbruck 团队的一次实验,测量到了光和物质的结合状态。

  理论上,这种效应已经被预测了很长一段时间,但现在位于TU Wien的维也纳量子科学与技术中心(VCQ)的科学家与Innsbruck 大学合作,首次成功地测量了这种奇异的原子键。这种相互作用有助于操纵极冷的原子,这种效应也可能在空间中分子的形成中发挥作用。研究结果现已发表在科学杂志《Physical Review X》上。

  在电中性原子中,带正电的原子核被带负电的电子包围,这些电子就像云一样围绕着原子核。Philipp Haslinger教授解释说:“如果你现在打开一个外部电场,电荷分布会发生一点变化。”他在TU Wien Atominstitut的研究得到了FWF START项目的支持。“正电荷在一个方向上轻微移动,负电荷在另一个方向轻微移动,原子突然有正的一面和负的一面,原子极化了。”

  光只是一个变化非常快的电磁场,因此也有可能用激光产生这种极化效应。当几个原子彼此相邻时,激光以完全相同的方式使它们极化——左侧为正,右侧为负,反之亦然。在这两种情况下,两个相邻的原子将不同的电荷转向彼此,从而产生吸引力。

  “这是一种非常弱的吸引力,因此你必须非常仔细地进行实验,才能测量它,”该出版物第一作者、TU Wien大学的米拉·梅沃(Mira Maiwöger)说。“如果原子有很多能量并且移动很快,吸引力就会立即消失。这就是为什么使用超冷原子云的原因。”

  原子首先被捕获并在原子芯片上的磁阱中冷却,这项技术是由Jörg Schmiedmayer教授团队的Atominstitut开发的。然后关闭陷阱,自由下落释放原子。原子云是“超冷”的,不到百万分之一开尔文,但它有足够的能量在秋天膨胀。然而,如果在这一阶段原子被激光束极化,从而在它们之间产生吸引力,那么原子云的膨胀就会减慢——这就是吸引力的测量方式。

  阴影区域描述了从100次数值模拟中获得的平均值的标准误差。在LIDD相互作用开始时,对于不同的平均原子密度ρ,可以清楚地观察到BEC轴向横向宽度的不对称压缩。这种行为是由于LIDD相互作用的非局部性引起的。

  “用激光束极化单个原子基本上不是什么新鲜事,然而,我们实验的关键在于,我们首次成功地以可控的方式将几个原子极化在一起,在它们之间产生了可测量的吸引力。”实验人员说道。

  模拟了由N=6600个原子组成的云的膨胀,包括(实线)和(虚线)与空间均匀激光脉冲的相互作用。

  这种吸引力是控制冷原子的补充工具。但它在天体物理学中也很重要:“在浩瀚的太空中,小的力可以发挥重要作用,在这里,我们首次证明了电磁辐射可以在原子之间产生作用力,这可能有助于为尚未解释的天体物理场景提供新的解释。”实验人员补充道。

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