科學家在指甲蓋1億億分之一大小的地方,觀測到原子的三體運動

2021-03-01 徐德文科學頻道

單個原子是什麼模樣,原子與原子之間是如何相互作用的?對其它生命,不,對其他人來說,這些都是聞所未聞,想所未想的事情。不過最近,來自紐西蘭奧塔哥大學物理系的科學家,卻在極為複雜困難的情況下,第一次抓住了3個原子,並觀察了它們之間相互作用的情景,或將大大影響未來的技術進步。

原子的尺度大約在100億分之一米,也就是說,把你食指指甲蓋大小的東西橫切1億次,豎切1億次,取其中一塊出來,大約就是一個原子的大小了。不過我建議你先別慌著去廚房找菜刀,看完本文後你再權衡一下做不做這個實驗。

為了抓住單個的原子,科學家們運用極為專業的知識,耗費了大量時間和精力,組裝了一個極為複雜的設備,包括雷射器、鏡子、真空室和顯微鏡等。在實驗中,科學家們在高度純淨的真空室裡,使用高度聚焦的雷射——所謂的光鑷,捕捉到了3個銣原子,並把它們冷卻到只比絕對零度高百萬分之一度的溫度,從而觀察到了量子世界的「三體」運動。

這種三體運動是由科學家們控制的,他們利用光鑷「拈起」銣原子,將它們導向彼此,觀察到了多種形式的碰撞情形,從而能準確理解發生的事情。至少在這次實驗中,他們觀察到的三體重組速度比以前預期的要慢,這與當前的理論預測明顯不符,這讓科學家們非常興奮,但原因暫時還不明朗。

科學家們認為,這種分子水平上的觀測,讓我們對原子如何碰撞,如何相互作用有了更深刻的理解,可以為構建和控制特定化學物質的單個分子提供一種途徑,並為未來計算機和網際網路技術的發展提供更為強大的動力。目前的手機之所以能超越上世紀80年代的超級計算機,唯一的動力就是,我們可以在越來越小的規模上研究物質。

原子是構成物質的基礎,如果技術的發展讓我們可以在原子層面,方便地觀測其運動,並建立起類似牛一、牛二、牛三和萬有引力定律那樣的量子運動規律,人類科技發展將徹底邁進一個新的時代。

這項研究發表在2月18日《物理評論快報》上。

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