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超薄物质

超薄物质

原子一次干扰一个

07 Sep 2012 哈米什约翰斯顿
镊子单个原子

美国的物理学家称,他们是第一个直接观察单个原子干扰的距离大于原子的距离’S一致长度。实验涉及使用光学镊子和一系列激光脉冲“bounce”沿两个不同路径的原子在约1后面见面 小姐。该团队表示,如果实验的精度可以提高,它可以提供有关Micron距离可能存在非牛顿重力的新信息。研究人员表示,该技术也可以用于研究原子和导电表面之间产生的微小力,称为“Casimir–Polder effect”.

在量子力学的奇怪世界中,在两个或更多个轨迹的叠加中可以存在原子,直到测量是由其位置或动量的测量。此属性可以在问题中被利用–波干干涉仪,由此–奇怪的虽然它可能听起来很棒–单个原子可以同时遵循探测器的两个不同路径。原子上的力将导致两条路径之间的相对相位偏移,导致在两个路径相遇的情况下创建的干扰模式的转变。

在使用大型原子的情况下已经进行了这样的实验,有效地产生沿着每个路径行进的原子脉冲。然后,原子在检测器处产生干扰图案,可以测量并用于推断重力常数或寻找与牛顿的偏差’硕的引力理论。然而,到目前为止,它还没有可能进行物质–通过设备发送单个原子的波干扰,因为大多数脉冲干涉仪实验依赖于高原子吞吐量来提高检测器处的​​信号,因此在单个原子水平处缺乏确定性控制。

控制单个原子

新的单个原子物质–波技已经由L开发 Paul Parazzoli,Aaron Hankin和Grant Biedermann在桑迪亚国家实验室在新墨西哥州。他们的技术与早期的实验不同,因为每个原子开始并结束其在光学镊子中的旅程–重点集中于握持原子的小区域的激光。

Sandi研究人员使用了一块超薄铯原子捕获并冷却至4.2 μk使用激光和磁场的组合。然后,它们在可以保持一个原子的气体中产生光学镊子,然后在原子处射击激光脉冲以将其放置在特定量子状态。然后关闭光学镊子,让原子进入自由落体。

踢开

然后将原子进行由500分开的一系列光脉冲 μs。第一个脉冲将原子放入两个状态的叠加中–一个接受了一个向上的光子踢的人,导致它升起,而一个正在落下的照片,因为它没有收到踢球。然后,第二脉冲向下敲打上升原子或向上踢出下降的原子–结果是两个轨迹,将在时间点500点合并 μ■在其中第三激光脉冲导致其路径重叠的地方。当状态合并时,镊子接通,并测量原子的量子状态。

然后重复整个过程数百次以确定两条路径之间的相移,从而在3的水平下的原子上的重力 × 10–27 N.

Parazzoli,Hankin和Biedermann能够在调整脉冲激光器的相对相位时,能够看到清晰的干涉图案,其标志着单个原子的自干扰现象。在他们的实验中,两个原子状态之间的分离大约3.5 μm,超过200 时间大于所用原子的相干长度。结果,该团队声称其是第一次演示“free space”单原子干扰–有自由空间,指原子是未绑定的事实,允许各种在空间中分开。

“Really cool”

伯克利没有参与工作的加利福尼亚大学的Paul Hamilton告诉 physicsworld.com. 桑迪亚研究人员“展示完全干涉测量,表现出非常令人印象深刻的长期稳定性”。他还称之为实验“一个真正酷的教科书演示了单原子干扰”.

由于该技术一次采用一个原子,桑迪亚团队认为它可以用于制造极其局部化的力量靠近表面的力量,例如Casimir –在原子和导电表面之间发生的圩区力。与越来越熟悉的卡西米尔力量一样,这种力量来自真空的零点能量,并且对微米和纳米机械设备的设计和操作具有影响。

该团队还声称,如果该技术的灵敏度可以通过两个数量级来提高,可以使用它对微米长度的非牛顿重力理论的新约束。实际上,如果发现重力不成为牛顿在这种微小的距离中,它可以提供关于如何用粒子物理标准模型统一重力理论的重要线索。“这种类型的干涉仪在其他情况下表现出绝对的校准,该特性对于从微米长度的逆平方法检测偏离方面是非常有用的特征,” says Parazzoli.

该研究在预印刷中描述了 arxiv.

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