用BEC探測微力 (2005-10-08)
發(fā)布時間:2007-12-04
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來源:科學(xué)時報
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請設(shè)想有一種微弱到僅能推動一個原子的力,而現(xiàn)在請試著去探測它。研究人員只利用了一束名為“玻色愛因斯坦凝聚物”(BEC)的超冷原子就做到了這點。這是BEC第一次被用于測量,它表明BEC可能很快被應(yīng)用到從引力傳感器到高精度時鐘的各個領(lǐng)域。
當(dāng)一群相同的原子被冷卻到只比絕對零度高幾十億分之一度時,它們都會變成同一種量子態(tài),形成BEC。這些凝聚原子彼此無法區(qū)分,盡管每個原子都帶有非常奇異的量子特性,但它們的行為卻與一個單一的大粒子相似。美國劍橋市麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家Wolfgang Ketterle解釋說:“BEC之于原子,就像激光之于光線。”激光是一種所有光子擁有同樣能量的光形態(tài);BEC則是一種所有原子擁有同樣能量的物質(zhì)形態(tài)。
在9月15日的《物理學(xué)評論A輯》上,玻爾得市科羅拉多大學(xué)的Eric Cornell等人報告了他們利用BEC探測卡西米爾?波爾德力的方法。這種力由真空里突然出現(xiàn)或消失的微弱電場所引起。某個表面(如硅片)附近的電場會變?nèi)?。真空中更強的電場則將原子推向這個硅片,就像多風(fēng)的日子里,一陣風(fēng)吹動一片樹葉??只是比這微弱得多。
單個原子的運動很難測量,于是研究小組用一個BEC“超原子”來代替??茖W(xué)家們將一個幾微米厚的雪茄狀BEC懸浮在磁場里,離硅片只有幾微米的距離。當(dāng)這個雪茄狀BEC在磁場中振蕩時,卡西米爾?波爾德力輕輕推動離硅片最近的原子,降低了“量子雪茄”的振蕩頻率。研究小組將此時BEC“雪茄”的頻率與其遠離硅片時的頻率進行比較,得出了牽引BEC的卡西米爾?波爾德力的大小。
Ketterle沒有參加該研究,他表示說:“論文做得非常好,這是BEC一種非常有趣的應(yīng)用?!彼A(yù)言,BEC可能會被開發(fā)出多種用途,例如用來測量物質(zhì)波的原子干涉計,其原理類似于測量光波的激光干涉計。由于物質(zhì)波能被非常精確地測量出來,也可用它來制造精確度極高的時鐘及精確測量裝置。