Physics 版 (精华区)

发信人: mingxu (xingxing), 信区: Physics
标  题: 最冷的原子 
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年12月11日09:55:22 星期二), 站内信件

最冷的原子 

  
    附图：BEC的形成。当原子凝聚时，他们在由激光强度转换的CCD摄像上形成一
个尖峰。这是原子云形成玻色爱因斯坦凝聚的标志。该现象的发现者获得了今年的
诺贝尔奖。
    
    今年的诺贝尔奖颁给了三位研究者，他们第一个发现并研究了一种新的物质相
——玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。其中的一位，麻省理工的Wolfgang Ketterle在
1995年11月27日刊的Phys. Rev. Lett.上发表了他第一次对BEC的观测；而四个月
后，另外两位获奖者在Science发表了他们的工作。Ketterle的实验利用了一个激
光“塞子”来束缚住凝聚从而得到了比其他小组高的多的密度。之后，许多关于
BEC的文章接着发表了——每一篇都进一步的探索了这种物质的奇怪形态的性质。

    
    1924年，Satyendranath Bose和Albert Einstein发表了一系列针对整数自旋
粒子（玻色子）物理的文章。他们预言，如果这些玻色子被冷却到每个粒子都处于
可能的最低量子力学能级，那么就会发生BEC。在BEC态，原子丧失了它们的独立性
质而是表现为一个单一实体。他们预言后的几年，物理学家就发现了BEC行为的第
一个线索。在液氦的一个奇怪新相中，粘度消失了。这种被成为超流液氦的液体包
含着百分之几的BEC，但是产生纯粹的BEC是几十年之后的事情了。因为这需要产生
极低温度的技术，而且还需要在到达BEC相时仍没有液化的物质。
    
    1995年，由Eric Cornell和Carl Weiman领导的在位于波尔得市的国家标准技
术研究所得一个小组生成了世界上第一个真正的BEC。他们利用磁阱和光阱将铷原
子气体冷却到了几百nano Kelvin（1 nano Kelvin为10-9度——译注）的温度。磁
阱是非常棘手的，因为它的场里面存在这一个洞，而原子就会从这里逃逸掉。因此
Cornell和他的同事必须再加上一个旋转的磁场来使原子维持在原地。同年稍晚的
时候，Ketterle和他的小组生成了更高密度的BEC。他们的做法是用一束激光“塞
”住磁场的漏洞。因为激光的光子会对逃逸的原子产生作用力，将它们推回到势阱
中心。利用这种技术，Ketterl比可以生成比以前多出10倍原子数和100倍密度的
BEC。
    
    Cornell和Ketterele的小组都观测到了与众不同的物质状态。该凝聚的密度大
约是每立方厘米一千亿原子，然而其表现却像是一个巨大的原子。之后，其他人也
观测到了许多BEC的奇怪性质。例如，当两个凝聚汇集到一起时，原子形成一种干
涉条纹的通道处并突然消失。而当研究人员们搅动凝聚时，根本无法得到单一的涡
旋——形成的是许多小涡旋。这些继续的工作提高了BEC在当代物理学以及诺贝奖
历史中的地位。

Physical Review Focus, 
Edited by slli@SMTH, Krank@SMTH 


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