用BEC探测微力 应用前景广阔

   日期:2005-09-29     来源:《科学时报》    评论:0    
请设想有一种微弱到仅能推动一个原子的力,而现在请试着去探测它。研究人员只利用了一束名为“玻色爱因斯坦凝聚物”(BEC)的超冷原子就做到了这点。这是BEC第一次被用于测量,它表明BEC可能很快被应用到从引力传感器到高精度时钟的各个领域。

当一群相同的原子被冷却到只比绝对零度高几十亿分之一度时,它们都会变成同一种量子态,形成BEC。这些凝聚原子彼此无法区分,尽管每个原子都带有非常奇异的量子特性,但它们的行为却与一个单一的大粒子相似。美国剑桥市麻省理工学院的物理学家Wolfgang Ketterle解释说:“BEC之于原子,就像激光之于光线。”激光是一种所有光子拥有同样能量的光形态;BEC则是一种所有原子拥有同样能量的物质形态。

在9月15日的《物理学评论A辑》上,玻尔得市科罗拉多大学的Eric Cornell等人报告了他们利用BEC探测卡西米尔—波尔德力的方法。这种力由真空里突然出现或消失的微弱电场所引起。某个表面(如硅片)附近的电场会变弱。真空中更强的电场则将原子推向这个硅片,就像多风的日子里,一阵风吹动一片树叶——只是比这微弱得多。

单个原子的运动很难测量,于是研究小组用一个BEC“超原子”来代替。科学家们将一个几微米厚的雪茄状BEC悬浮在磁场里,离硅片只有几微米的距离。当这个雪茄状BEC在磁场中振荡时,卡西米尔—波尔德力轻轻推动离硅片最近的原子,降低了“量子雪茄”的振荡频率。研究小组将此时BEC“雪茄”的频率与其远离硅片时的频率进行比较,得出了牵引BEC的卡西米尔—波尔德力的大小。

Ketterle没有参加该研究,他表示说:“论文做得非常好,这是BEC一种非常有趣的应用。”他预言,BEC可能会被开发出多种用途,例如用来测量物质波的原子干涉计,其原理类似于测量光波的激光干涉计。由于物质波能被非常精确地测量出来,也可用它来制造精确度极高的时钟及精确测量装置。
 
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