manbet手机版1997年10月15日

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manbet手机版用于发展激光冷却和捕获原子的方法。

manbet手机版漂浮在光学糖蜜中的原子

manbet手机版在室温下，构成空气的原子和分子以每小时约4000公里的速度向不同的方向运动。manbet手机版研究这些原子和分子是很困难的，因为它们从观察到的区域消失得太快了。manbet手机版通过降低温度可以降低速度，但问题是，当气体冷却时，它们通常先凝结成液体，然后冻结成固体。manbet手机版在液体和固体中，由于单个原子和分子彼此靠得太近，研究变得更加困难。manbet手机版然而，如果这个过程是在真空中进行的，密度可以保持在足够低的水平，以避免凝结和结冰。manbet手机版但即使是零下270°C的低温也需要大约400公里/小时的速度。manbet手机版只有当一个人接近绝对零度(-273°C)时，速度才会大幅下降。manbet手机版例如，当温度距离这一点(称为1 μ K，微开尔文)的百万分之一度时，自由氢原子的移动速度小于1公里/小时(= 25厘米/秒)。

manbet手机版Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudjimanbet手机版,manbet手机版威廉·d·菲利普斯manbet手机版开发了利用激光将气体冷却到µK温度范围，并保持冷冻原子漂浮或捕获在不同类型的“原子陷阱”的方法。manbet手机版激光就像一种被称为“光学糖蜜”的浓稠液体，原子在其中被减慢。manbet手机版在那里可以非常精确地研究单个原子，并确定它们的内部结构。manbet手机版随着在同一体积中捕获的原子越来越多，一种稀薄的气体就形成了，它的性质就可以被详细研究。manbet手机版这些诺贝尔奖得主所开发的新的研究方法对增加我们对辐射和物质之间相互作用的认识做出了巨大贡献。manbet手机版特别是，它们为更深入地理解低温下气体的量子物理行为开辟了道路。manbet手机版这些方法可能导致设计更精确的原子钟，用于诸如空间导航和精确确定位置等方面。manbet手机版还开始了设计原子干涉仪的工作，例如，利用原子干涉仪可以非常精确地测量万有引力，以及设计原子激光器，这种激光器将来可能用于制造非常小的电子元件。

manbet手机版用光子减慢原子的速度
manbet手机版光可以被描述为粒子流，即光子。manbet手机版光子在正常意义上没有质量，但是，就像冰壶石在冰上滑动一样，它们有一定的动量。manbet手机版当一块卷石与另一块相同的石头相撞时，它会将所有的动量(质量乘以速度)转移到那块石头上，然后它就会静止不动。manbet手机版类似地，一个光子与一个原子发生碰撞时，可以将它所有的动量转移到那个原子上。manbet手机版要做到这一点，光子必须有正确的能量，这就好比说光必须有正确的频率或颜色。manbet手机版这是因为光子的能量与光的频率成正比，而光的频率又决定了光的颜色。manbet手机版因此，红光由能量比蓝光低的光子组成。

manbet手机版决定光子能够影响原子的正确能量的是原子的内部结构(能级)。manbet手机版如果一个原子移动，条件就会因为所谓的多普勒效应而改变——这与火车靠近时的汽笛比静止时的汽笛音调更高的效应是一样的。manbet手机版如果原子向光移动，光的频率必须低于静止原子所需的频率，这样原子才能“听到”光。manbet手机版假设原子正以相当快的速度向光的相反方向移动，并被一束光子击中。manbet手机版如果光子有合适的能量，原子将能够吸收其中一个光子并获得它的能量和动量。manbet手机版然后原子的速度会有所减慢。manbet手机版经过极短的时间，通常在1亿分之一秒左右，被延迟的原子会发出光子。manbet手机版原子现在可以立即从迎面而来的光子流中吸收一个新的光子。manbet手机版发射的光子也有动量，这给原子一个一定的小反冲速度。manbet手机版但是反冲的方向是随机变化的，所以在多次吸收和发射之后，原子的速度大大降低。 To slow down an atom an intensive laser beam is needed. Under the right conditions effects can be achieved with a strength corresponding to what would be seen if a ball was thrown upwards from the surface of a planet with a gravity 100,000 times the Earth´s.

manbet手机版多普勒冷却和光学糖蜜
manbet手机版上述的减速效应形成了用激光冷却原子的强大方法的基础。manbet手机版这种方法是在1985年左右由manbet手机版朱棣文(Steven Chu)manbet手机版以及他在新泽西州霍尔姆德尔贝尔实验室的同事。manbet手机版他们使用了六束成对相对的激光束，并在三个方向相互成直角排列。manbet手机版真空中的钠原子首先被一束相对的激光束阻挡，然后被引导到六束冷却激光束的交点处。manbet手机版与静止的钠原子吸收的特征颜色相比，所有六束激光中的光都有轻微的红移。manbet手机版其结果是，无论钠原子向哪个方向移动，它们都会被能量正确的光子相遇，并被推回到六束激光相交的区域。manbet手机版就在这时，形成了肉眼看起来像豌豆大小的发光云团，由大约一百万个冷冻原子组成。manbet手机版这种冷却被称为多普勒冷却。

manbet手机版在激光束的交点处，原子就像在浓稠的液体中移动一样，于是就有了光学糖蜜这个名字。manbet手机版为了计算光学糖蜜中冷却原子的温度，激光被关闭。manbet手机版实验结果表明，温度约为240 μ K。manbet手机版这相当于钠原子的速度约为30厘米/秒，非常符合理论计算的温度——多普勒极限——然后考虑多普勒冷却可以达到的最低温度。

manbet手机版上面实验中的原子被冷却了，但没有被捕获。manbet手机版重力使它们在大约一秒钟内从光学糖蜜中掉落。manbet手机版要想真正捕获原子，就需要一个陷阱，1987年就建造了一个高效的陷阱。manbet手机版它叫做磁光阱(MOT)。manbet手机版它使用六束与上面描述的实验相同的阵列的激光，但另外有两个磁线圈，在光束相交的区域产生一个最小的磁场，磁场略有变化。manbet手机版由于磁场影响原子的特征能级(塞曼效应)，会产生一种比重力更大的力，从而将原子吸引到陷阱的中间。manbet手机版原子现在被真正捕获，可以研究或用于实验。

manbet手机版多普勒极限了
manbet手机版磁场在20世纪80年代初就已经被用于manbet手机版威廉·d·菲利普斯manbet手机版和他的同事们研究了一种减慢和完全停止原子在慢原子束中的方法。manbet手机版菲利普斯发明了一种被称为塞曼减速器的东西，这是一种磁场变化的线圈，沿着磁场的轴线，原子可以被反方向的激光束减慢。manbet手机版1985年，菲利普斯用他的装置在一个纯磁阱中停止并捕获了钠原子。manbet手机版然而，这个陷阱的外壳相对较弱，因此其中的原子必须非常冷才能留在里面。manbet手机版当朱棣文成功冷却光学糖蜜中的原子时，菲利普斯设计了一个类似的实验，并开始对糖蜜中原子的温度进行系统研究。manbet手机版他开发了几种测量温度的新方法，其中一种方法是让原子在重力的影响下下落，在测量激光的帮助下确定它们下落的曲线。

manbet手机版Phillips在1988年发现，可获得低至40 μ K的温度。manbet手机版这个数值比理论计算的多普勒极限低六倍!manbet手机版原来，多普勒极限是用一个简化的原子模型计算出来的，这个模型以前被认为是非常真实的。manbet手机版然而,manbet手机版克劳德Cohen-Tannoudjimanbet手机版他在巴黎École Normale Supérieure的同事们已经在理论工作中研究了更复杂的冷却方案。manbet手机版菲利普斯的结果的解释在于钠原子的最低能级的结构。manbet手机版这就好比西西弗斯(Sisyphus)不停地把石头滚上斜坡，但在这种情况下，他发现山顶之外的斜坡也是上坡。manbet手机版这种比较使得这个过程被称为西西弗斯冷却。

manbet手机版当一个原子发射一个光子时，它获得的反冲速度与一个称为反冲极限的温度相对应。manbet手机版钠原子的反冲极限为2.4 μ K，稍重的铯原子的反冲极限为0.2 μ K。manbet手机版在与Cohen-Tannoudji和他的巴黎同事的合作中，Phillips展示了铯原子可以在光学糖蜜中冷却到大约十倍的反坐力极限，即大约2µK。manbet手机版第一次出现的情况是，在光学糖蜜中，通常只能达到大约十倍于反冲极限的温度。manbet手机版在后来的发展中，菲利普斯和帕里斯小组都表明，通过适当的激光设置，可以捕获原子，使它们在空间中按规则间隔分组，形成所谓的光学晶格。manbet手机版晶格中的原子组彼此之间的距离为一个光波长。manbet手机版正如已经证明的那样，光学晶格中的原子可以被冷却到比反冲极限高约5倍的温度。

manbet手机版后坐力极限也被打破
manbet手机版一个原子从单个光子获得的反冲速度对多普勒冷却和西西弗斯冷却都有限制的原因是，即使是最慢的原子也在不断被迫吸收和发射光子。manbet手机版这些过程给原子一个很小但不可忽略的速度，因此气体有一个温度。manbet手机版如果能使最慢的原子忽略光学糖蜜中的所有光子，也许就能达到更低的温度。manbet手机版有一种机制可以使静止的原子处于不吸收光子的“暗”状态。manbet手机版但难点在于将这种方法与激光冷却结合起来。

manbet手机版Claude Cohen-Tannoudji和他的团队在1988年到1995年之间开发了一种基于多普勒效应的方法，将最慢的原子转换为暗态。manbet手机版他和他的同事们证明了这种方法在一维、二维和三维中都起作用。manbet手机版他所有的实验都使用氦原子，其反冲极限为4 μ K。manbet手机版在第一个实验中，使用两束相对的激光束，得到了一维速度分布，对应于后坐极限温度的一半。manbet手机版四束激光获得二维速度分布，对应的温度为0.25 μ K，比后坐力极限低16倍。manbet手机版最后，在6束激光照射下，得到了整个速度分布对应于温度为0.18 μ K的状态。manbet手机版在这种条件下，氦原子以每秒2厘米的速度爬行!

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manbet手机版关于激光冷却和捕获中性原子的密集发展正在进行中。manbet手机版此外，朱棣文还建造了一个原子喷泉，在这个喷泉中，激光冷却的原子像水柱一样从陷阱中喷射出来。manbet手机版当原子在轨道的顶端转向并开始再次下落时，它们几乎是静止的。manbet手机版在那里，他们暴露在微波脉冲中，微波脉冲能感知原子的内部结构。manbet手机版人们相信，有了这项技术，就有可能制造出比目前精确度高出一百倍的原子钟。manbet手机版今年获得奖励的技术也构成了发现原子气体中的玻色-爱因斯坦凝聚的基础，这一现象引起了极大的兴趣。

manbet手机版朱棣文(Steven Chu)manbet手机版1948年出生于美国密苏里州圣路易斯。manbet手机版美国公民。manbet手机版1976年在加州大学伯克利分校获得物理学博士学位。manbet手机版斯坦福大学人文科学西奥多和弗朗西斯·格巴莱教授1990年。manbet手机版在其他奖项中，朱棣文获得了1993年费萨尔国王国际科学奖(物理学)，以表彰他在激光冷却和俘获原子技术方面的发展。

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manbet手机版克劳德Cohen-Tannoudjimanbet手机版1933年出生于阿尔及利亚的康斯坦丁。manbet手机版法国公民。manbet手机版1962年在巴黎École Normale Supérieure获得物理学博士学位。manbet手机版1973年法国Collège大学教授。manbet手机版除其他机构外，Acadèmie des Sciences(巴黎)的成员。manbet手机版在众多奖项和荣誉中，Cohen-Tannoudji获得了1996年的量子电子学奖(欧洲物理学会)，其中包括他在激光冷却和原子捕获方面的开创性实验。

manbet手机版教授manbet手机版克劳德Cohen-Tannoudji
manbet手机版体格实验室École Normale Supérieure
manbet手机版24日,Lhomond街
manbet手机版F-75231巴黎Cedex 05
manbet手机版法国

manbet手机版威廉·d·菲利普斯manbet手机版1948年出生于美国宾夕法尼亚州的威尔克斯-巴雷。manbet手机版美国公民。manbet手机版1976年获美国剑桥麻省理工学院物理学博士学位。manbet手机版在其他奖项中，菲利普斯获得了1996年阿尔伯特·a·迈克尔逊奖章(富兰克林研究所)，以表彰他在激光冷却和原子俘获方面的实验演示。

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