重磅突破！物理學家首次「抓住」單個原子，並發現未知相互作用！

2020-10-18 博科園

文章來自：博科園官網（www.bokeyuan.net）

奧塔哥大學物理學家首次將單個原子「固定」在原位，並觀察到了以前未見過的複雜原子相互作用。在奧塔哥大學物理系組裝了無數的設備，包括雷射、鏡子、真空室和顯微鏡，加上大量的時間、精力和專業知識，提供了研究這個量子過程必要條件，到目前為止，人們只能通過涉及大量原子的實驗統計平均來了解這個量子過程，這項實驗在現有知識的基礎上進行了改進，其研究成果發表在《物理評論快報》期刊上。

該實驗提供了一種以前從未見過的微觀世界視角，結果令研究人員感到驚訝。奧塔哥大學物理系副教授米克爾·F·安德森表示：我們的方法包括在超真空室中使用高度聚焦的雷射束，將三個原子單獨捕獲並冷卻到開爾文(Kelvin)的百萬分之一溫度，慢慢地將包含原子的陷阱結合起來，產生了測量的受控相互作用。當這三個原子相互靠近時，兩個原子形成一個分子，它們都會受到這個過程中釋放能量的「踢」。

而顯微鏡相機可以放大和觀察這一過程，帶頭進行這項實驗的博士後研究員馬文·韋蘭(Marvin Weeland)表示：僅有兩個原子不能形成一個分子，至少需要三個原子才能形成化學，本研究是第一次孤立地研究這一基本過程，結果證明，出了幾個令人驚訝的結果，這是之前在大原子云中進行測量時沒有預料到的。例如，研究人員能夠看到單個過程的確切結果，並觀察到一個新的過程，其中兩個原子一起離開實驗。

到目前為止，在許多原子的實驗中，還不可能觀察到這種程度的細節。通過在分子水平上的研究，現在更多地了解了原子是如何相互碰撞和反應的。隨著發展，這項技術可以提供一種方法來構建和控制特定化學物質的單分子。

量子物理學以外的人，可能很難理解這項技術和細節水平，但研究人員相信，這門科學的應用，將有助於未來量子技術的發展，這些技術可能會像使現代計算機和網際網路得以實現的早期量子技術一樣對社會產生影響。

在過去幾十年裡，對能夠在越來越小規模上建造的研究推動了大部分技術發展。例如，這是今天的手機比20世紀80年代「超級」計算機具有更強的計算能力。本研究試圖為能夠在儘可能小的規模，即原子尺度上建造建築鋪平道路，這些發現將如何影響未來的技術進步，甚是令人期待！

實驗結果表明，與其他實驗和理論計算相比，形成分子所需的時間比預期要長得多，目前這些實驗和理論計算不足以解釋這一現象。雖然研究人員提出了可能解釋這種差異的機制，但也強調在實驗量子力學這一領域進一步理論發展的必要性。

博科園｜研究/來自：奧塔哥大學

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.073401

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