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美国科学家以接近绝对零度的温度冷冻了原子,然后观察了量子行为
2022-09-22

美国麻省理工学院和加州理工学院的一个物理学家团队说,他们已经成功地冻结了原子,不让它们产生运动效应。这是人类从未尝试过的一件事:将原子物体冷却到可以对其进行量子观测的程度。哈哈,简单来说,如果你是普通人的话可以把物体放在冰箱里冷却,但是如果你是物理学家的时候,就不能放冰箱里面冷却了,你也可以通过减少原子物体的运动来冷却它。怎么做到的呢?简单一句话就是对物体施加一种反作用力,也就是使用激光束以减缓原子的随机运动性。巧了,LIGO实验室已经装备了激光器(物理学家们本来是去LIGO休假的,做一些简单实验就行,结果……),所以团队不必担心实验装置的问题。

Vivishek Sudhir说:“我们实际上可以用LIGO的同样能力来做另一件事,也就是用LIGO来测量这些反射镜的随机抖动运动,利用我们掌握的关于运动的信息,施加一个反作用力,这样你就可以阻止原子移动,震动等等。”麻省理工学院的量子物理学家表示。

科学家们将所有四个反射镜的激光集束冷却到刚好高于绝对零度的温度,结果形成了迄今为止冷却到接近量子运动基态的最大物体,换句话说,原子水平上是完全静止的。

那么科学家们为什么要做这样的实验呢?科学家们试图更好地理解经典世界,也就是你我都熟悉的东西,比如椅子和猫,是如何与量子体系相互作用的。要做到这一点,有一个大的,易于观察的系统(比如反射镜)会很有帮助,它就像一个观察量子尺度的系统。通常情况下,人类尺度的物体会受路过的火车的隆隆声、风、附近有人说话的声波等因素影响,很难对微小的力进行精确的测量。但是为了像一个量子系统,具有更加准确的数据,科学家们还需要消除由热引起的噪音。室温意味着空气中充满了能量,所以实验内部环境越冷,运动就越少,我们也就越容易观测。