武漢物數所在雷射冷原子研究方面取得新進展

2020-11-23 OFweek維科網

  1985年, 朱棣文進行的雷射冷卻實驗是利用三對相互垂直的雷射束進行的。在這種光場中, 原子不僅因受粘滯力而被冷卻, 而且還受梯度力被囚禁於光束交匯區中。這種囚禁類似於微粒在粘稠的液體中作布朗運動的情況。由於阻尼力的作用, 原子的運動速度很慢, 每擴散1釐米需要1秒鐘。如果沒有光場的作用, 原子擴散1釐米只需20毫秒。因此, 將這種囚禁作用稱為「光學粘膠」。實驗測量得到鈉原子氣體的溫度為240μK, 測量的結果與理論預言相符合。

  雷射冷卻和捕陷氣體原子研究已發展了20多年, 在各國實驗室中雷射冷卻和捕陷氣體原子已成為獲得超冷原子的典型方法和技術。但新的雷射冷卻機制和囚禁原子(分子)的方法仍有待探索。特別是微結構勢阱中的雷射冷卻和囚禁氣體原子(分子)技術的研究仍是當前研究的重點課題。

  雷射冷卻超冷原子不僅在科學實驗中有重要學術價值, 而且在高科技中也具有重大的應用前景。特別是對於玻色-愛因斯坦凝聚態研究、廣義相對論的驗證、原子頻標和原子幹涉儀研製等。

  原子鐘對物理學研究、計量科學研究和高科技研究均有極大的推動力。使用新型原子鐘後, 全球定位精度(GPS)可精確到毫米量級, 對航海、航天和國防技術有多麼重大的意義。新型原子鐘將大大地提高對廣義相對論的驗證精度, 使人們在更深層次上認識世界, 有力地推動科學與技術的發展。

  雷射冷卻和操縱原子技術的另一個重要應用是研製高精度的原子幹涉儀。原子運動速度很低時, 原子波動性更加明顯, 可利用原子的相干性研製原子幹涉儀。

  原子幹涉儀在科學技術上有著巨大的應用價值。由於原子具有複雜的內部結構, 對各種勢場非常敏感, 因而原子幹涉儀可進行各種勢場的精密測量。特別是用以測量弱作用力的實驗, 如研究原子的純荷電量、驗證廣義相對論和驗證量子力學等。原子幹涉儀又是一個精密的慣性敏感器, 可精確測量重力場的加速度和加速度的變化, 這種變化與地下礦床的結構相關,因而原子幹涉儀可用於油井定位和礦床的勘探。原子幹涉儀旋轉時, 可測量Sagnac效應, 它對角速度變化的靈敏度比光學陀螺要好兩個數量級, 因而可製成精密的原子導航儀。

  雷射冷卻氣體原子及其在科學技術中的應用研究是量子光學研究中最為活躍的前沿研究領域。它的成果將不僅具有重要的科學價值和應用價值, 而且在這個研究領域中充滿了挑戰和創新的機遇。它為我們提供了佔領科學技術的陣地和攀登世界科技頂峰的機會。

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