演示單個(gè)離子和超冷原子之間的 Feshbach 共振

由弗萊堡大學(xué)物理研究所原子與量子物理學(xué)教授Tobias Schätz教授、Pascal Weckesser博士、Fabian Thielemann領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)及其同事證明了在接近絕對(duì)零溫度下單個(gè)鋇離子和鋰原子之間的 Feshbach 共振。研究人員發(fā)現(xiàn)，根據(jù)外部磁場的強(qiáng)度，可以控制離子和原子的膨脹。“在這些超低溫下，粒子之間的碰撞揭示了它們的量子力學(xué)性質(zhì)，”Schätz 解釋說。“我們的研究表明，我們正在更多地了解控制波粒二象性量子力學(xué)特性的可能性。”該小組在《自然》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

量子效應(yīng)在超低溫下占主導(dǎo)地位

在經(jīng)典物理學(xué)中，原子和離子的分子形成通常會(huì)隨著溫度的降低而減慢，直到最終變得如此寒冷，以至于單個(gè)粒子靜止不動(dòng)，不會(huì)發(fā)生碰撞或反應(yīng)。然而，量子物理定律預(yù)測，在超低溫下，量子效應(yīng)占主導(dǎo)地位，而不是經(jīng)典定律，原子和離子的碰撞突然遵循不同的規(guī)則。在所謂的波粒二象性盛行的量子領(lǐng)域中，超冷溫度——剛好在 -273.15 攝氏度的絕對(duì)零以上——導(dǎo)致碰撞率增加。原因是粒子不能再被描述為碰撞的球體，而是可以像水波一樣疊加、放大或相互抵消的波包。

盡管相互作用更強(qiáng)，但 Feshbach 共振

波的疊加會(huì)引起共振，弗萊堡的研究人員對(duì)此進(jìn)行了研究。“除其他外，我們通過在磁場的幫助下控制它們的相互作用過程，發(fā)現(xiàn)了鋇離子和鋰原子之間的 Feshbach 共振，”Schätz 說。Feshbach 共振先前已在慢原子的碰撞中得到證實(shí)。然而，由于離子電荷，研究小組現(xiàn)在能夠在一種明顯不同的強(qiáng)相互作用機(jī)制中做到這一點(diǎn)。除了磁場之外，科學(xué)家們還在實(shí)驗(yàn)室中使用超高真空和光籠來隔離激光冷卻的原子和離子。

“量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究現(xiàn)在越來越多地離開實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界。通過在實(shí)驗(yàn)室中研究理想條件下的影響，我們可以更好地了解它們并以可控的、廣泛的方式使用它們——好奇心驅(qū)動(dòng)，從控制和提高化學(xué)反應(yīng)效率的角度出發(fā)，直到找到新的方法固體中的電荷流動(dòng)，”Schätz 說。

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