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美科学家利用“光学晶格”制造最低温度纪录

2011-12-23 10:12
kumsing
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  科学家们找到了一种绝妙的方法,并由此成功地获得了地球上最低的温度记录。制备这种极端低温环境是研究物质基本性质,以及量子力学原理下一些奇异特性的必备条件。

  这种新方法需要用到原子构成的“光学晶格”,科学家们有选择性地将其中“最热”的原子剔除。英国《自然》杂志刊载了这项研究的相关论文,这一研究或许将可以被用来制造未来量子计算机的存储器。

  近年来,科学界不断刷新低温新纪录,现在最低温的纪录竞争已经到了绝对零度以上十亿分之一度的数量级,即所谓的“纳度”(nanoKelvin)级别。绝对零度是自然界的最低温度极限,这一温度被认为不可超越,其数值为零下273.15摄氏度。

图为 利用光束来囚禁原子形成的“光学晶格”

  光学晶格是一种理想的系统,可以帮助科学家进一步逼近这一最低温度极限。其内部交叉光线构成强度峰值区和凹槽区,有点像是蛋娄结构,而原子则会倾向于留在凹槽区内,这里是能量最低的区域。当原子被加入到这些凹槽区中后,接下来再添加入其它后续的原子将变得愈发困难,这就是所谓的“障碍”效应。

  但是美国哈佛大学的研究人员发明了针对这一效应的修正版本,称为“轨道交换障碍”效应。这种方法可以让这些原子进一步冷却到“皮度”(picoKelvin)级别,即绝对温度以上一万亿分之一度的数量级。

  科学家们小心翼翼地调节交叉光束的强度。这样做的技巧是:确保整个“蛋娄”格架中的原子中间只有那些最活跃的原子接收到激光束能量并随之变得更加活跃并离开体系。通过调节这些光束强度的变化频率,研究人员们成功地将光学晶格中那些最活跃,因而也“最热”的原子清除出了系统,只留下那些“最冷”的原子。这种方法可以带走系统中的熵,或者用更加通俗的话来说,就是可以帮助降低整个系统的整体温度。

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