光子與微觀粒子碰撞時(shí)的微小“沖擊”的變暖效應(yīng)，第一次由瑞士的物理學(xué)家測(cè)量出來(lái)。這些沖擊會(huì)給出一個(gè)基本的限制，即限制在光學(xué)陷阱中的粒子是如何冷卻的。對(duì)于這種效應(yīng)的一個(gè)更好的理解，會(huì)在實(shí)驗(yàn)中形成一個(gè)擁有良好量子態(tài)定義的捕獲粒子。這樣的粒子可以被用來(lái)研究這種狀態(tài)如何在重力的影響下發(fā)展的。
通過(guò)一個(gè)由激光電磁場(chǎng)產(chǎn)生的勢(shì)能，一個(gè)粒子可以被限制在光阱中。受限粒子會(huì)進(jìn)行一種振幅取決于它的能量的諧波運(yùn)動(dòng)。單獨(dú)的原子和離子可以由激光單獨(dú)處理，而且它們的量子態(tài)可以被光子進(jìn)行操縱。然而，在大多數(shù)情況下，占主導(dǎo)地位的被困的宏觀粒子的加熱機(jī)制是一種與保持在被疏散后陷阱中的殘留氣體分子的熱碰撞。
反饋冷卻
在最近的實(shí)驗(yàn)中，以蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的盧卡斯·諾沃提尼為領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)，利用紅外激光，把半徑約為50nm的二氧化硅納米粒子限制在了光阱中，并在這之前，吸掉了幾乎所有的空氣創(chuàng)造出了超高真空室。研究人員使用一種稱為反饋冷卻過(guò)程，其中捕獲粒子的位置收到監(jiān)控，且陷阱的頻率相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)制，抽離粒子運(yùn)動(dòng)的能量并降低粒子的溫度到微開(kāi)爾文水平。
在氣壓大于10e9的環(huán)境中，他們發(fā)現(xiàn)，他們能達(dá)到的最低溫度是由壓力決定的。然而，在這一點(diǎn)下，研究人員發(fā)現(xiàn)，最低可達(dá)到的溫度接近一個(gè)下限，不論壓力是多少。他們說(shuō)，這意味著，在非常低的壓力下，占主導(dǎo)地位的限制冷卻的原因是陷阱中的電磁噪聲。
反沖能量
為了進(jìn)一步調(diào)查，研究小組在非常低的壓力下關(guān)閉了反饋冷卻過(guò)程，允許被困的光子自由地加熱它的粒子。振蕩粒子的能量狀態(tài)之間的差距是大于每個(gè)單獨(dú)的光子碰撞反沖能量量級(jí)，所以最簡(jiǎn)單的光子散射的能量沒(méi)有影響彈性粒子。然而，有時(shí)，光子設(shè)法把納米粒子激發(fā)到一個(gè)更高的振蕩狀態(tài)，逐漸升溫。變暖的過(guò)程是隨機(jī)的，但，通過(guò)重復(fù)多次，平均他們的結(jié)果，研究人員成功地產(chǎn)生光滑的變暖曲線顯示，當(dāng)被困在一個(gè)更高功率的激光中時(shí)，粒子加熱速度更快。
“這真切的表明了與熱熔性的區(qū)別，后者是一種與氣體分子的碰撞，”諾沃提尼說(shuō)。“當(dāng)然，熱熔性不取決于激光功率，”研究人員還表明，升溫速率與熱熔性預(yù)期不同，其更強(qiáng)烈地依賴于粒子的體積。
高處的果實(shí)
該小組現(xiàn)在正在尋找方法，使粒子溫度更低，直到它的量子性質(zhì)變得真正可衡量。在這樣的情況下，這將是非常有趣的，諾沃提尼說(shuō)，關(guān)閉激光并跟蹤粒子的行為。“我們知道粒子是在何時(shí)何處應(yīng)該結(jié)束，且任何溢出，都將表明必須有附加條款，產(chǎn)生熱或退相干或其它情況發(fā)生。”
諾沃提尼說(shuō)，最終的目標(biāo)是看引力對(duì)粒子量子態(tài)的影響。“我們這里有一個(gè)巨大的粒子，感覺(jué)到引力：如果我們?cè)谙葳謇镝尫潘?，它?huì)落下。我們可以在所需的量子態(tài)中制備粒子，并測(cè)量在引力場(chǎng)的影響下，量子態(tài)是如何演化的。我想這是研究中真正的圣杯，但這是一個(gè)掛在高處的水果！”
里諾內(nèi)華達(dá)大學(xué)的安得烈·杰拉奇，他沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，但他說(shuō)這種效應(yīng)一直以來(lái)就被預(yù)測(cè)到。“現(xiàn)如今我們已經(jīng)看到了一個(gè)示范，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)論有了一種很好一致性，可以預(yù)測(cè)，目前他們所展現(xiàn)的，將是僅僅是一個(gè)局限水平，”他解釋說(shuō)。“他們的研究團(tuán)隊(duì)，我們的研究團(tuán)隊(duì)和該領(lǐng)域中的其它許多團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)之一，就是嘗試?yán)鋮s粒子到它的量子基態(tài)。我們?nèi)孕枰朔@種機(jī)制，如今它能進(jìn)行測(cè)量，使我們更好的進(jìn)行理解，我認(rèn)為這將引導(dǎo)研究人員明白什么才是真的必須做的，以規(guī)避這種限制。”
這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在了《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上了。
通過(guò)一個(gè)由激光電磁場(chǎng)產(chǎn)生的勢(shì)能，一個(gè)粒子可以被限制在光阱中。受限粒子會(huì)進(jìn)行一種振幅取決于它的能量的諧波運(yùn)動(dòng)。單獨(dú)的原子和離子可以由激光單獨(dú)處理，而且它們的量子態(tài)可以被光子進(jìn)行操縱。然而，在大多數(shù)情況下，占主導(dǎo)地位的被困的宏觀粒子的加熱機(jī)制是一種與保持在被疏散后陷阱中的殘留氣體分子的熱碰撞。
反饋冷卻
在最近的實(shí)驗(yàn)中，以蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的盧卡斯·諾沃提尼為領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)，利用紅外激光，把半徑約為50nm的二氧化硅納米粒子限制在了光阱中，并在這之前，吸掉了幾乎所有的空氣創(chuàng)造出了超高真空室。研究人員使用一種稱為反饋冷卻過(guò)程，其中捕獲粒子的位置收到監(jiān)控，且陷阱的頻率相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)制，抽離粒子運(yùn)動(dòng)的能量并降低粒子的溫度到微開(kāi)爾文水平。
在氣壓大于10e9的環(huán)境中，他們發(fā)現(xiàn)，他們能達(dá)到的最低溫度是由壓力決定的。然而，在這一點(diǎn)下，研究人員發(fā)現(xiàn)，最低可達(dá)到的溫度接近一個(gè)下限，不論壓力是多少。他們說(shuō)，這意味著，在非常低的壓力下，占主導(dǎo)地位的限制冷卻的原因是陷阱中的電磁噪聲。
反沖能量
為了進(jìn)一步調(diào)查，研究小組在非常低的壓力下關(guān)閉了反饋冷卻過(guò)程，允許被困的光子自由地加熱它的粒子。振蕩粒子的能量狀態(tài)之間的差距是大于每個(gè)單獨(dú)的光子碰撞反沖能量量級(jí)，所以最簡(jiǎn)單的光子散射的能量沒(méi)有影響彈性粒子。然而，有時(shí)，光子設(shè)法把納米粒子激發(fā)到一個(gè)更高的振蕩狀態(tài)，逐漸升溫。變暖的過(guò)程是隨機(jī)的，但，通過(guò)重復(fù)多次，平均他們的結(jié)果，研究人員成功地產(chǎn)生光滑的變暖曲線顯示，當(dāng)被困在一個(gè)更高功率的激光中時(shí)，粒子加熱速度更快。
“這真切的表明了與熱熔性的區(qū)別，后者是一種與氣體分子的碰撞，”諾沃提尼說(shuō)。“當(dāng)然，熱熔性不取決于激光功率，”研究人員還表明，升溫速率與熱熔性預(yù)期不同，其更強(qiáng)烈地依賴于粒子的體積。
高處的果實(shí)
該小組現(xiàn)在正在尋找方法，使粒子溫度更低，直到它的量子性質(zhì)變得真正可衡量。在這樣的情況下，這將是非常有趣的，諾沃提尼說(shuō)，關(guān)閉激光并跟蹤粒子的行為。“我們知道粒子是在何時(shí)何處應(yīng)該結(jié)束，且任何溢出，都將表明必須有附加條款，產(chǎn)生熱或退相干或其它情況發(fā)生。”
諾沃提尼說(shuō)，最終的目標(biāo)是看引力對(duì)粒子量子態(tài)的影響。“我們這里有一個(gè)巨大的粒子，感覺(jué)到引力：如果我們?cè)谙葳謇镝尫潘?，它?huì)落下。我們可以在所需的量子態(tài)中制備粒子，并測(cè)量在引力場(chǎng)的影響下，量子態(tài)是如何演化的。我想這是研究中真正的圣杯，但這是一個(gè)掛在高處的水果！”
里諾內(nèi)華達(dá)大學(xué)的安得烈·杰拉奇，他沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，但他說(shuō)這種效應(yīng)一直以來(lái)就被預(yù)測(cè)到。“現(xiàn)如今我們已經(jīng)看到了一個(gè)示范，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)論有了一種很好一致性，可以預(yù)測(cè)，目前他們所展現(xiàn)的，將是僅僅是一個(gè)局限水平，”他解釋說(shuō)。“他們的研究團(tuán)隊(duì)，我們的研究團(tuán)隊(duì)和該領(lǐng)域中的其它許多團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)之一，就是嘗試?yán)鋮s粒子到它的量子基態(tài)。我們?nèi)孕枰朔@種機(jī)制，如今它能進(jìn)行測(cè)量，使我們更好的進(jìn)行理解，我認(rèn)為這將引導(dǎo)研究人員明白什么才是真的必須做的，以規(guī)避這種限制。”
這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在了《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上了。
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