物理学家表示已经建造了一个可以永久运行的原子激光器

一项新的突破使物理学家能够创造出一束原子,其行为方式与激光相同,而且理论上可以 “永远”保持下去。尽管仍有重大限制,可能最终意味着该技术正在走向实际应用。

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尽管如此,这对于所谓的”原子激光”来说是一个巨大的进步,由原子组成的光束以单一的波段行进,有朝一日可用于测试基本物理常数和工程精密技术。第一个原子激光器是由麻省理工学院的一个物理学家团队早在1996年创造的。这个概念听起来很简单:就像传统的基于光的激光器由光子与它们的波同步移动组成一样,由原子组成的激光器将需要它们自己的波一样的性质在成为一束光之前对齐。

然而,与科学中的许多事情一样,概念化比实现更容易。原子激光器的根源是一种叫做玻色-爱因斯坦凝聚物的物质状态,或称BEC。BEC是通过将一团玻色子冷却到仅高于绝对零度的一小部分而产生的。在如此低的温度下,原子下沉到其可能的最低能量状态而不完全停止。QQ图片20220622211809.png
当它们达到这些低能量时,粒子的量子特性不能再相互干扰,它们相互靠近,以至于有点重叠,从而形成高密度的原子云,表现得像一个”超级原子”或物质波。然而,BECs是一个矛盾的东西。它们非常脆弱;即使是光也能破坏BEC。鉴于BEC中的原子是用光学激光器冷却的,这通常意味着BEC的存在是短暂的。

迄今为止,科学家们设法实现的原子激光器是脉冲式的,而不是连续式的,并且在需要产生新的BEC之前,只需要发射一个脉冲。为了创造一个连续的BEC,荷兰阿姆斯特丹大学的一个研究小组意识到需要改变一些东西。

在以前的实验中,原子的逐渐冷却都是在一个地方完成的。在这个研究小组设置中,他们决定不是在时间上,而是在空间上分散冷却步骤,让原子在通过连续的冷却步骤时移动,最后,超冷原子到达了实验的中心,在那里它们可以被用来在BEC中形成连贯的物质波。但是当这些原子被使用时,新的原子已经在路上,以补充BEC。通过这种方式,他们可以让这个过程持续下去,基本上是永远。

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