科學網—裡程碑:雷射冷卻原子

裡程碑!雷射冷卻非對稱大分子至1.8 mK

symmetric top molecule 完成單位：哈佛大學圖片來源：KrisSnibbe /哈佛攝影工作室一、概論雷射冷卻是指運用一束或多束雷射將原子雷射冷卻這一概念最早於1962年由蘇聯學者提出，沉寂了一段時間後才被學界關注。1974年，史丹福大學的T.W.漢森等人提出以雷射將氣體分子減速的設想。1985年，著名的美國華裔科學家朱棣文使用雷射冷卻原子，成功實現了低溫環境，並因這一發明而獲得1997年的諾貝爾物理學獎。近年來，該技術的研究重點已轉向較為複雜分子。

雷射冷卻三原子分子至超低溫

含有三個原子的分子第一次被雷射冷卻到超低溫。這是由美國哈佛大學的John Doyle和同事們所完成的，他們使用了一種名為Sisyphus的冷卻技術，冷卻大約一百萬個氫氧化鍶分子至750μK。該團隊表示，這項工作為一系列應用開闢了道路，包括量子模擬和精密測量。

雷射那麼「熱」,為什麼可以用來冷卻原子?

在世人的眼中，雷射是一種能量很強的光，它有熱效應，強雷射能擊穿金屬，可以充當武器。但是，現在卻有雷射冷卻，能把原子的溫度冷卻到只比絕對零度高那麼一點點兒。這是怎麼做到的呢？熱的本質雷射冷卻不難理解，但在徹底理解它之前，我們還需要再了解一些東西。熱大家都知道，但是熱的本質，我們還需要再回顧一下。「今天氣溫有多高？」「水有多冰涼？」

基於雷射冷卻原子美國開發量子傳感技術

他指出，下一代精確傳感系統涉及量子傳感器，量子傳感器基於雷射冷卻原子，極可能大幅提升系統性能。　　雷射冷卻原子是小型相干氣體原子，可以測量重力場或磁場變化，不僅非常精確，而且靈敏度很高。此外，量子傳感器利用量子糾纏的物理現象，這是傳統傳感器所不具備的。

雷射冷卻囚禁原子並進行操控

如果有一支原子軍隊的話，陳帥無疑能夠擔任這支隊伍的首席指揮官。這位34歲的中國科技大學量子工程中心的教授，每天的工作就是把這些「看不見摸不著」的原子，「當玩具一樣擺弄」。「我就像個導演，可以指揮原子做水平運動，或是原地轉個圈。如果需要的話，還能讓它像蜜蜂那樣跳一段『8』字舞。」年輕的教授饒有興味地解說道。

雷射核聚變反應堆裡程碑:燃燒等離子體—新聞—科學網

為此，美國國家點火裝置(NIF)開始了一項運動，以實現目標：通過點燃聚變反應產生比雷射注入還要多的能量。 10年過去了，經過近3000次發射，NIF研究人員認為他們已經接近一個重要的裡程碑——「燃燒等離子體」——聚變燃燒是由反應本身的熱量維持的，而不是雷射能量的輸入。自熱的關鍵是燃燒所有的燃料和獲得失控的能量增益。

雷射冷卻技術將分子冷卻到接近絕對零度

據英國《新科學家》雜誌網站24日報導，美國科學家利用雷射冷卻技術，首次將三個原子組成的分子冷卻到接近絕對零度（-273.15℃），這是該技術迄今冷卻的最大分子。科學家們認為，這一奇蹟最終有望用於製造分子量子計算機，同時也可成為化學家們的好幫手。

【雷射冷卻二三事】用雷射來降降溫

1985年的時候，美國史丹福大學的朱棣文教授（現任美國能源部部長）等人首先利用雷射冷卻技術將鈉的原子氣體冷卻到了240微開爾文的溫度（僅比絕對零度高出一百萬分之二百四十度）。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。

對雷射冷卻和俘獲原子的研究而聞名

他因在貝爾實驗室和史丹福大學對雷射冷卻和俘獲原子的研究而聞名，1997年他與他的科學同事克勞德·科恩·坦努迪和威廉·丹尼爾·菲利普斯一起獲得了諾貝爾物理學獎。2009年至2013年，朱棣文擔任美國第12任能源部長。在被任命為能源部長時，朱棣文是加州大學伯克利分校的物理、分子和細胞生物學教授，也是勞倫斯伯克利國家實驗室的主任，他的研究主要涉及單分子水平上的生物系統研究。

雷射冷卻技術的發展現狀分析

雷射冷卻技術及其在科學技術中的應用是近二十年來發展十分迅速的研究領域，它是利用雷射和原子的相互作用減速原子運動以獲得超低溫原子的高新技術。這一技術早期的主要目的是為了精確測量各種原子參數，用於高解析度雷射光譜和超高精度的量子頻標(原子鐘)，後來成為實現原子玻色-愛因斯坦凝聚的關鍵實驗方法。

分子雷射冷卻的新方法

然而，這種額外的複雜性意味著不能直接通過現有方法將分子冷卻到超低溫。如今，科羅拉多大學博爾德分校的葉軍和他的同事展示了一種利用分子結構特性的、具有一個核自旋和一個電子駐留在相同能級上的新型雷射冷卻技術，實驗中使用的是一氧化釔（YO）中的釔原子。利用釔原子的不尋常結構，該團隊使氣體分子在雷射冷卻中達到了超低溫和破紀錄的高密度。

雷射冷卻三原子分子

據英國《新科學家》雜誌網站24日報導，美國科學家利用雷射冷卻技術，首次將三個原子組成的分子冷卻到接近絕對零度（

利用低溫技術和直接雷射將非線性多原子分子冷卻到絕對零度的方法

「我們認為我們需要更多的證據來證明我們確實在冷卻分子，但是當我們看到這個信號時，它就像『是的，沒人會懷疑』。它很大，它就在那裡。」由米特拉和研究生納撒尼爾·B·維拉斯領導的這項研究是發表在「紐約時報」上的一篇新論文的重點。科學。其中，小組介紹了一種將低溫技術與直接雷射相結合的新方法來冷卻非線性多原子分子氧化鈣(Caoch)。3)略高於絕對零度。

雷射冷卻就能產生玻色-愛因斯坦凝聚態?

在過去的物理學研究中，直接雷射冷卻玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)是一個經常被追求的目標，但卻非常難以實現。Steven Chu和Mark Kasevich首次嘗試了這種方法，Steven Chu曾因雷射冷卻技術獲得諾貝爾獎。由卡爾·威曼、埃裡克·康奈爾和沃爾夫岡·凱特勒領導的其他小組，所有的BEC諾貝爾獎得主，都成功地用蒸發冷卻代替了BEC。

雷射冷卻及玻色愛因斯坦凝聚-光明日報-光明網

1925年，愛因斯坦將玻色的理論推廣到有質量的原子體系中，預言了一種新的物質狀態的存在。根據預言，在極低的溫度下，由服從玻色-愛因斯坦統計的原子構成的氣體可能會發生神奇的轉變，處於最低的能量狀態上的原子數目會隨著溫度的降低逐漸增大，直到幾乎所有的原子都處於這一個能量狀態上，而整體呈現出一個量子狀態。這種狀態後來被稱為「玻色-愛因斯坦凝聚」，是很多實驗物理學家致力實現的預言。

美國研究人員利用雷射冷卻解決科學難題

新技術像雷射冷卻和其它技術控制原子一樣有效控制分子，具有廣泛的應用潛力。原子的量子控制將徹底改變原子物理學，引領諸如原子鐘一樣的應用，但雷射冷卻與控制分子是非常有挑戰性，因為分子比原子複雜得多。新技術仍然使用雷射，但只能輕微探測到分子，其量子狀態只能間接檢測到。

雷射冷卻玩轉單原子

展望　　基於原子冷卻與俘獲的單原子製備及其量子調控，促進了人類對量子力學本質及物質運動狀態的更深入、更徹底的了解，不僅是對現有科學技術的一種挑戰和超越，而且已成為量子光學和冷原子物理領域的一個交叉熱點。

科學家利用雷射冷卻造出零下273℃中性等離子體

據美國《新聞周刊》網站近日報導，科學家利用雷射冷卻，創造出溫度達到零下273℃的中性等離子體，其比太空深處溫度還要低。這一成果發表於《科學》雜誌，顯示了極端環境下（比如白矮星和木星中央）等離子體的新的可能性。　　一般認為，雷射可用於加熱，但其實也可用於冷卻物理系統。

回顧歷史:朱棣文參與研究雷射冷卻和陷俘原子

雷射冷卻和陷俘原子的研究，是當代物理學的熱門課題，十幾年來成果不斷湧現，前景激動人心，形成了分子和原子物理學的一個重要突破口。　　操縱和控制單個原子一直是物理學家追求的目標。　　朱棣文、科恩－塔諾季、菲利普斯以及其他許多物理學家開發了用雷射把氣體冷卻到微開溫度範圍的各種方法，並且把冷卻了的原子懸浮或拘捕在不同類型的「原子陷阱」中。在這裡面，個別原子可以以極高的精確度得到研究，從而確定它們的內部結構。當在同一體積中陷俘越來越多的原子時，就組成了稀薄氣體，可以詳細研究其特性。

雷射冷卻原子鐘登上天宮二號

空間冷原子鐘是在地面噴泉原子鐘的基礎上發展而來。噴泉原子鐘利用雷射冷卻技術把室溫下自由運動的熱原子囚禁到雷射勢阱中並冷卻到接近絕對零度，然後把冷卻後的原子自由上拋讓原子在上拋與下落的過程中與微波腔中的射頻時鐘信號相互作用，從而檢測時鐘信號與原子兩個特定能級間頻率差，進而修正時鐘信號誤差，由於受到重力的作用，自由運動的冷原子團始終處於變速狀態，宏觀上只能做類似噴泉的運動或者是拋物線運動，這使得基於原子量子態精密測量的原子鐘在時間和空間兩個維度受到一定的限制