赖斯研究人员创造了锶原子的玻色-爱因斯坦凝聚体

每个人都喜欢跑到终点,即使结果是平局。极具讽刺意味的是,这场竞争可能产生的超精确时钟可能会打破任何平局。

这个大米物理学家汤姆·基利安的实验室本月在网上发表了一篇论文,展示了长期以来寻求的锶原子玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)的创造。BEC是20世纪早期物理学家Satyendra Nath Bose和Albert Einstein预测的一种物质状态。基本上,在极冷的温度下,某些类型的原子几乎完全静止,并进入一种失去个体身份的状态。

在《物理评论快报》的同一在线版中,奥地利因斯布鲁克大学鲁道夫·格里姆实验室的一篇论文报告了同样的结果。

尽管大家争先恐后地冲向终点线,但最终还是达成了一项君子协定,决定了这个棘手的结果。基利安说,他是在一个在线档案馆听到奥地利人的工作的,物理学家通常在那里发布即将发表的论文的预印本。

基利安是一名物理学和天文学的副教授,他说:“我们研究这个问题已经有很长时间了,但当他们的论文出现在档案中时,仍然存在一个技术问题让我们无法获得BEC。”“经过三四个通宵,我们解决了问题,写好论文,提交了。那时,我发现奥地利的那篇论文进展很快,马上就要发表了。”

基利安和《华尔街日报》的编辑通了电话。“他打电话给奥地利,他们说很乐意等我们。他们非常慷慨。”

基利安说,他的实验室多年来一直致力于BEC,避免了反复试验,而倾向于测量哪种锶同位素最有可能凝结。

为了让原子停止运动并形成BEC,实验室必须将它们冷却到接近绝对零度(-459.67华氏度),方法是结合激光和蒸发冷却等久经验证的技术。这使得被困在真空室中的原子的温度降到了百万分之一摄氏度。在这一点上,原子坍缩成凝聚态——物理学家可以玩的单一团块。

BEC和冷却技术的良好解释出现在http://www.colorado.edu/physics/2000/bec/what_is_it.html由科罗拉多大学波尔得分校提供。

物理学家们从1995年开始制作BEC,当时埃里克·康奈尔、卡尔·维曼和沃尔夫冈·凯特尔证实了玻色和爱因斯坦关于超冷原子的理论,并因他们的努力获得了诺贝尔奖。赖斯物理和天文学系的兰迪·胡莱特(Randy Hulet)从一开始就对该领域做出了开创性的贡献。此后,许多元素被用来制造BEC,其中大多数是碱金属原子,它们有一价电子。在原子外壳中旋转的价电子的数量决定了它如何与其他原子反应。

锶有两个价电子,这真的改变了游戏。基利安说:“在最低能量状态下,它们向相反的方向旋转,并非常完美地配对。”通过激光施加适量的能量可以翻转其中一个电子的自旋。在锶的情况下,它们一旦排列在一起,就会保持几分钟。

他说:“这种长寿命的激发态可以让你将激光锁定到合适的能量,以实现自旋翻转。”。“这控制着激光的频率,或者说波的传播速度。这些波成为世界上最精确的时钟的钟摆。”Killian预计,时钟技术和BEC的结合可以带来量子计算的突破。2004年,在另一个二价电子原子镱中观察到BEC;但是锶用于最好的时钟,锶BEC包含的原子数是它的10倍,这对未来的实验很重要。

基利安希望这个奥地利实验室能从事量子计算,但他的兴趣在别处。“事实证明,出于同样的原因,这些原子可以制造一个好的时钟,我们可以使用激光来操纵原子之间的相互作用。

他说:“激光可以在很小的长度范围内迅速改变相互作用,这为我们不太了解的固态物理和材料的基本现象的研究打开了大门。”。欧洲杯足球竞彩

基利安说,操纵相互作用也可能有一天导致物质波“激光器”用于非常精确的传感器。他说:“这项技术可以应用于飞机或潜艇的导航,探测地下的石油沉积或不应该有隧道的隧道,比如国际边界沿线。”。

基里安说:“我确实研究基础物理,但如果我们研究这些技术,10到15年后它们可能会有应用。”。“锶的特殊性质使其在某些应用中非常有用,这就是它的价值所在。”

基利安在这项新研究中的合作者是主要作者Natatli Martinez de Escobar、Pascal Mickelson、Mi Yan和Brian DeSalvo,他们都是莱斯大学的研究生,以及前研究生Sarah Nagel,现在是休斯顿YES Prep的物理讲师。内格尔通过美国国家科学基金会资助的“教师研究体验”项目与莱斯实验室保持联系。欧洲杯线上买球

国家科学基金会、韦尔奇基金欧洲杯线上买球会和凯克基金会支持了这项研究。

读报纸在http://physics.aps.org/.

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