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絕對零度附近,離子和原子混合物首次“現形”

時間:2020-02-28 09:27:19  來源:新華網 放大 縮小 默認

  幾十年來,研究人員一直在對原子和離子進行激光冷卻實驗,但迄今無人觀察到兩者在極低溫度下的混合物。據物理學家組織網25日報道,荷蘭科學家將鐿離子置于預先冷卻至絕對零度附近的鋰原子云中,首次觀察到了原子、離子在極低溫度下的混合物,有望促進量子技術的發展。

  在最新研究中,阿姆斯特丹大學的雷內·格里特斯瑪博士及其同事首先使用激光冷卻技術冷卻單個鐿離子,此外,他們還單獨制備出由約10000個鋰原子組成的原子氣團,并將其冷卻至接近絕對零度。隨后,他們借助一組工具,讓離子與原子云重疊,并監視離子能級,最終確定了離子與原子云間碰撞產生的能量。

  格里特斯瑪表示:“冷原子和離子有望幫助我們進一步理解量子多體現象,也可用于原子鐘乃至量子計算機中,但迄今還沒有人在如此超冷的溫度下制造出原子和離子的混合物,我們最先實現了這一目標。”

  她解釋說:“我們的實驗面臨的主要挑戰是讓離子一直被限制在氣體內,為此,我們施加了電場。但此前的研究表明,電場會對原子—離子碰撞產生負面影響,使其發熱,我們通過使用重離子鐿和輕原子鋰減輕了熱效應。”

  觀測結果發表于最新一期《自然·物理學》雜志,揭示出一些可能對新量子技術研發產生影響的效應。

  格里特斯瑪說:“我們首次觀察到,在中性原子氣體內的離子被冷卻到量子效應變得重要的狀態,該系統可用于在單粒子尺度研究量子化學,或在相互作用的原子和離子的量子多體物理學領域找到用武之地,甚至可用于量子計算機領域的研究。”

  該研究小組還發現了一些指向離子與原子間碰撞內發生的量子現象的證據,這些新發現可能會對未來的研究產生影響。

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