突破性的实验：物理学家抓住单个原子并观察复杂的原子相互作用

时间：2021-09-19 08:52:01 来源：

通过显微镜照相机观看的激光冷却的原子云。

奥塔哥大学研究人员首次将量子原子“保持”在原位，并观察到了以前看不见的复杂原子相互作用。

奥塔哥大学物理系组装的各种设备，包括激光器，镜子，真空室和显微镜，以及大量的时间，精力和专业知识，为研究这一量子过程提供了要素，直到现在，人们才了解到这一过程。根据涉及大量原子的实验得出的统计平均值。

通过提供以前看不见的微观世界的观点，该实验改进了现有知识，使研究人员感到惊讶。

“我们的方法包括在高度真空的（真空）腔室中，以烤面包机的大小，通过高度聚焦的激光束，将三个原子缓慢地捕集并冷却到开尔文温度的一百万分之一。我们会慢慢结合包含原子的陷阱，以产生可测量的受控相互作用，”奥塔哥物理系副教授Mikkel F. Andersen说道。

物理实验室的Mikkel Andersen（左）和Marvin Weyland（右）。

当三个原子彼此接近时，两个原子形成一个分子，并且都从该过程中释放的能量中获得踢力。显微镜摄像机可以放大并查看过程。

“仅两个原子就不能形成一个分子，至少需要三个原子才能完成化学反应。我们的工作是首次对这一基本过程进行了单独的研究，结果证明它提供了一些令人惊讶的结果，这些结果是以前在大原子云中进行测量所无法预期的。”博士后研究员Marvin Weyland率先进行了该实验。

例如，研究人员能够看到单个过程的确切结果，并观察到两个原子一起离开实验的新过程。到目前为止，在许多原子的实验中还无法观察到如此详细的水平。

“通过在这一分子水平上开展工作，我们现在对原子如何碰撞和相互反应有了更多的了解。随着技术的发展，这项技术可以提供一种构建和控制特定化学物质的单分子的方法。” Weyland补充道。

安德森副教授承认，对于量子物理学以外的人来说，其技术和细节水平可能难以理解，但是他认为，这种科学的应用将对未来的量子技术的发展很有用，这可能会像早期的量子一样影响社会。支持现代计算机和Internet的技术。

在过去的几十年中，关于能够以越来越小的规模发展的研究为许多技术发展提供了动力。例如，这是当今手机比1980年代的超级计算机具有更多计算能力的唯一原因。我们的研究试图为能够以最小的规模（即原子级）进行建造铺平道路。我很高兴看到我们的发现将如何影响未来的技术进步，安德森副教授说。

实验结果表明，与其他实验和理论计算相比，形成分子所花费的时间比预期的要长得多，目前尚不足以解释该现象。尽管研究人员提出了可以解释这一差异的机制，但他们强调在实验量子力学领域需要进一步的理论发展。

参考：L.A. Reynolds，E。Schwartz，U.Ebling，M.Weyland，J.Brand和M.F.撰写的“冷原子三元组碰撞动力学的直接测量”。安徒生（Andersen），2020年2月18日，《物理评论快报》。
10.1103 / PhysRevLett.124.073401

这项完全基于新西兰的研究主要由奥塔哥大学物理系的成员在梅西大学的理论物理学家的协助下进行。

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