超流体与玻色-爱因斯坦凝聚

超冷原子

/ UL-truh-kohld AT-umz /

温度说到底,不过是衡量东西抖动得有多狂的尺度:热,意味着原子疯狂乱窜;冷,意味着它们几乎挪不动。现在设想把一小撮原子彻底放慢,慢到比太空那空旷的深处还冷——冷到只比任何东西所能有的最低温度高出区区十亿分之几度。那便是超冷原子的天地。

它们是一团团稀薄的原子气体,通常靠激光束和磁场托在真空里悬浮,不去碰任何温热的器壁,再分阶段冷却,直到它们的运动几近停止。在如此极端的寒冷里,每个原子那模糊的量子本性会膨胀起来,开始与邻居交叠,气体便能安顿进种种娇嫩的量子态——最有名的是玻色-爱因斯坦凝聚,但也有模仿固体中电子的配对态与花样态。

超冷原子之所以重要,是因为它给了科学家一个纯净、可调的模型系统:原子数目少、隔绝得好,而每一个旋钮——密度、相互作用强度、乃至容器的形状——都能随心拨动,使它们成为攻克难题的“量子模拟器”。要分清的一个提醒是:这里的“超冷”形容的是原子内部的抖动,而不是一块你能摸到的冷疙瘩;这团气体稀薄得几乎不带热量,一旦碰上寻常的表面,便会立刻升温。

在如今的超冷原子实验室里,原子先被激光束放慢,再被囚在一个磁碗里,让其中最热的那些被轻轻赶着蒸发掉——正如热咖啡因为最快的分子逃逸而变凉——剩下的便停在区区十亿分之几度。

先激光冷却、再蒸发冷却,把被囚的原子云推向十亿分之几度。

超冷原子气体并不是把空气“冷下来”那么简单;人们故意让它比空气还稀薄上百万倍,好让原子凝聚进干净的量子态,而不是在腔壁上冻成一团。

又称
cold-atom gas超冷原子