重磅突破,物理学家首次抓住单个原子,并观察到了以前未见过的复杂原子相互作用

日期:2020-05-19 19:53:25 来源:互联网 编辑:小狐 阅读人数:354

奥塔哥大学物理学家首次将单个原子“固定”在原位,并观察到了以前未见过的复杂原子相互作用。在奥塔哥大学物理系组装了无数的设备,包括激光、镜子、真空室和显微镜,加上大量的时间、精力和专业知识,了研究这个量子过程必要条件,到目前为止,人们只能通过涉及大量原子的实验统计平均来了解这个量子过程,这项实验在现有知识的基础上进行了改进,其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上。

重磅突破,物理学家首次抓住单个原子,并观察到了以前未见过的复杂原子相互作用(图1)

该实验了一种以前从未见过的微观世界视角,结果令研究人员感到惊讶。奥塔哥大学物理系副教授米克尔·F·安德森表示:我们的方法包括在超真空室中使用高度聚焦的激光束,将三个原子单独捕获并冷却到开尔文(Kelvin)的百万分之一温度,慢慢地将包含原子的陷阱结合起来,产生了测量的受控相互作用。当这三个原子相互靠近时,两个原子形成一个分子,它们都会受到这个过程中释放能量的“踢”

重磅突破,物理学家首次抓住单个原子,并观察到了以前未见过的复杂原子相互作用(图2)

而显微镜相机可以放大和观察这一过程,带头进行这项实验的博士后研究员马文·韦兰(Marvin Weeland)表示:仅有两个原子不能形成一个分子,至少需要三个原子才能形成化学,本研究是第一次孤立地研究这一基本过程,结果证明,出了几个令人惊讶的结果,这是之前在大原子云中进行测量时没有预料到的。例如,研究人员能够看到单个过程的确切结果,并观察到一个新的过程,其中两个原子一起离开实验。

重磅突破,物理学家首次抓住单个原子,并观察到了以前未见过的复杂原子相互作用(图3)

量子物理学以外的人,可能很难理解这项技术和细节水平,但研究人员相信,这门科学的应用,将有助于未来量子技术的发展,这些技术可能会像使现代计算机和互联网得以实现的早期量子技术一样对社会产生影响。

重磅突破,物理学家首次抓住单个原子,并观察到了以前未见过的复杂原子相互作用(图4)

在过去几十年里,对能够在越来越小规模上建造的研究推动了大部分技术发展。例如,这是今天的世纪80年代“超级”计算机具有更强的计算能力。本研究试图为能够在尽可能小的规模,即原子尺度上建造建筑铺平道路,这些发现将如何影响未来的技术进步,甚是令人期待!

实验结果表明,与其他实验和理论计算相比,形成分子所需的时间比预期要长得多,目前这些实验和理论计算不足以解释这一现象。虽然研究人员提出了可能解释这种差异的机制,但也强调在实验量子力学这一领域进一步理论发展的必要性。

重磅突破,物理学家首次抓住单个原子,并观察到了以前未见过的复杂原子相互作用(图5)

博科园|研究/来自:奥塔哥大学

参考期刊《物理评论快报》

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本文相关词条概念解析:

原子

原子(atom)指化学反应不可再分的基本微粒,原子在化学反应中不可分割。但在物理状态中可以分割。原子由原子核同核内电子和核外电子构成。因此具有核式结构。原子的质量极小,一般为-27次幂,质量主要集中在质子和中子上。原子核外分布着电子,电子跃迁产生光谱,电子决定了一个元素的化学性质,并且对原子的磁性有着很大的影响。所有质子数相同的原子组成元素,每种元素大多有一种不稳定的同位素,可以进行放射性衰变。原子最早是哲学上具有本体论意义的抽象概念,随着人类认识的进步,原子逐渐从抽象的概念逐渐成为科学的理论。原子核以及电子属于微观粒子,构成原子。可以视为全能量载体,对光子、热、电子具有逻辑作用。

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