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冷原子研究。
从字面就不难看出,这是指在超低温的条件下研究原子的工作。
高中化学没有挂科的同学应该知道。
原子的温度,最直接的反映是原子的速度。
也就是二者呈现正相关。
常温下。
原子运动速度是很快的,跟亚索似的滑来滑去,问号根本跟不上它们。
而要研究原子的物理性质,需要一个稳定的不会乱跑的单原子或者原子集团。
所以呢。
在研究原子的时候,就需要把原子冷却下来,也就是把它们给“冻住,o
通常情况下,研究需要原子的温度在uK附近。
但是由于成本问题,很多时候并不需要整个实验装置都处于uK的温度下。
所以正常的做冷原子的课题组,都会使用激光来冷却原子。
也就是冷却很小的一块区域。
后世一些日料店也喜欢整这种活,不过他们不是冷却而是加热——把一块鲜牛肉的中间部位烤熟,其他部位都是生的,美其名曰炙心牛肉刺身。
这种吃法徐云倒是没多大偏见,但一片要五十多块钱就很有挑战人智商的底线了.......
话题再回归原处。
目前冷却激光的原理大多都是多普勒冷却,原理较为复杂,此处就不多赘述了。
总之这玩意儿能把原子的温度降到很低很低。
但降温的最终结果只是给原子减速,原子虽然慢了下来,但它们依旧无序的散落在冷却区域的各处。
就像你圈定了很长一条的高速公路,让其中的车子都失去了动力停在原处,但想要研究这些车子,还需要把它们给聚集到一起才行。
所以这时候呢,就要上另一个技术手段了。
那就是磁-光囚禁阱。
磁-光囚禁阱简称磁光阱,代号MOT。
在《自然》杂志2019年评选出的百大微观实验中,磁光阱位列第58位,是一个非常非常精妙的实验设计。
它利用了磁场和光场,慢慢的将微粒变得可控可聚集起来。
MOT具体的方法是在z方向上安装一对反亥姆霍兹线圈,则在xy平面上是沿径向分布的磁场。
正中心磁场为0,在磁场不为0的地方,会产生塞曼分裂。
塞满分裂的能级为AE=guBBzh,而能级劈裂的大小与磁场大小有关,磁场大小与空间位置有关。
所以在存在MOT的情况下,二能级原子会受到一个Ft的力。
此时施加两束对射的圆偏振光,当磁场正向时,相较于o+的光,o-的光失谐小,更接近与原子共振。
因此原子会沿着o-的光传播方向移动到磁场接近0的位置。
磁场负向的地方则相反,最终还是会将原子推向磁场接近于0的地方。
最终。
原子就会被囚禁在磁场为0的点上。
这个原理非常简单,也非常好理解。
MOT可以聚集很多的原子,一次大约可以聚集千万以上的量级,同时原子密度也会比较大,大概在10^93左右。
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