2005年11月14日
新的研究表明,原子“bose - einstein”冷凝物的独特属性扩展到内部原子的自旋状态的冷凝物形成。“bose - einstein”冷凝物是一个不寻常的形式的物质所有的原子存在于相同的量子态。
除了基础物理的兴趣,这项工作可能为未来的研究提供一个基础与潜在影响量子信息系统。
“bose - einstein”冷凝物是由气体原子冷却到绝对零度以上的一小部分。在这个温度下,原子都下降到相同的量子态。使他们一致,都具有相同的量子波函数,一个国家与光子激光系统。
在一篇发表在物理11月出版的《自然》杂志上,研究人员乔治亚理工学院实验证据报道,这种一致性也延伸到内部冷凝原子自旋自由度,这里有三个不同的自旋状态,用1,0和1。
“问题一直“bose - einstein”冷凝物的一致性是否扩展到发生了什么在原子的内部状态,”迈克尔·查普曼解释说,乔治亚理工学院的物理学教授。“我们工作的主要信息。我们已经看到表现这种“bose - einstein”相干延伸到旋转自由度。这给了我们更丰富的系统研究。”
这项研究是由美国国家科学基金会和美国国家航空航天局。欧洲杯线上买球
相干冷凝旋转州理论上预言和研究团队——包括查普曼的——一直寻求实验确认。虽然没有直接的实际应用结果,他们为将来的实验提供一个基础,最终可能有重要的实际使用情况。
查普曼计划利用实验系统研究相对较小的冷凝物-含10至100个原子量子的方式进行交互。研究人员理解少量的原子的量子行为,而半经典物理学解释了原子大乐团是如何工作的。查普曼想了解这两个尺寸之间的原子集团的行为极端。
“我们真正感兴趣的这个政权量子收益率经典,”他解释道。“兴趣是类似于纳米技术因为我们问同样的基本的问题。从根本上有趣,因为虽然我们可以写下一个或几个原子的量子的解决方案和一大群的半经典近似原子,我们不能指定为该区域之间会发生什么。”
查普曼还希望小规模冷凝系统将有助于理解量子光学和量子原子的原子模拟光学、物理学家在哪里几个原子的行为感兴趣。在包含一百万个原子的冷凝物,添加或删除一个原子不产生影响。但在组只包含一百个原子,理论表明,添加或删除一个原子会使大量凝析油的性质。
查普曼说,内部自旋自由度可以表现出量子纠缠现象被称为“旋转挤压。“理解效应在玻色爱因斯坦冷凝物可能有助于研究量子信息和量子计算系统。
“量子纠缠是量子信息和量子计算的实用的,”他说。“从第一次意识到你可以有旋转自由度的冷凝,人们知道这将是有趣,因为如果真的表现这种方式,我们可以使用这个纠缠量子信息系统可能的应用程序。”
实验,查普曼的研究团队——包括Ming-Shien Chang和Qishu秦理论文张合作者和李你——始于数亿的铷原子气体原子磁光陷阱,重叠的光学陷阱。从这个大的数,他们装入一个小群原子的光学陷阱。
将磁场应用于冷凝物中创建的光学陷阱,他们创造了固化物在不同旋转状态,选择了铷原子1自旋状态开始实验。这个群体,他们注入微波能量,造成的一些原子从原来的状态转换到一个自旋为0的状态。然后他们观察到原子的冷凝物相撞。
一些——但并不是所有的原子之间的碰撞产生的变化状态。例如,当两个自旋1原子碰撞,自旋取向角动量保持不变,因为必须是守恒的。然而,当两个自旋为0原子碰撞,结果可以是一个自旋1和一个原子自旋+ 1。随着时间的推移,这些碰撞创造了大量的第三旋转状态(+ 1),不存在在实验的开始。
“我们创造了一个不存在的自旋状态的原始形式,”查普曼说。”,自旋状态是由另一个自旋状态前后一致地互动的冷凝物。”
研究人员定期关闭原子陷阱和应用磁场梯度,分开不同的自旋状态,允许测量原子的数量在每个自旋状态。有了这些信息,研究人员绘制自旋态人口波动通过多达12个振荡。
动力学研究人员观察到类似于弱连接超导约瑟夫森振荡并代表一种类似四波混频。超出了相干原子间相互作用的证据,研究证明它有能力控制铷的进化系统通过磁应用微分相移到自旋态,查普曼说。
http://www.gatech.edu