美國麻(má)省理工學院研究人員日前表示,他們利用(yòng)激光冷卻技術,成功地將體積相當於硬幣大小(xiǎo)的物體冷卻到(dào)接近絕對溫度(dù)零度。該項成果創造了激光冷卻相同體積物體的最低溫度紀錄,它為科學家最終將較大物體(tǐ)冷卻(què)到絕對零度,以(yǐ)觀察物質的量子行為帶來了希望。
麻省理工學院物理助理教授、研究小組負責人(rén)奈吉斯?馬瓦(wǎ)爾瓦拉表(biǎo)示,雖然研究小組目前還沒有將物體冷卻到能夠觀察到量子行為所需的絕對零度,但是“最重(chóng)要的是,我們首次找到了也許能最終了解(jiě)物體量子行為的技術”。
量(liàng)子(zǐ)理論出現於20世紀早期,它用於解釋采用經典力學所無法解釋的原子行為。然而(ér),當物體(tǐ)較大時,其自(zì)身的熱量和運動掩蓋了(le)量子效應(yīng),同時兩者間的(de)相互作用為包括重力和(hé)電磁(cí)學在內的經典力學所左右。為(wéi)了觀察到較大物體的量子效(xiào)應,人(rén)們需要將(jiāng)它們冷卻到絕對零度(或(huò)極其接近絕對零(líng)度),如此低溫隻有讓物體盡可能地不動才能實現。在絕對零度時,物質(zhì)的原子失去(qù)了其(qí)所有的熱能,隻剩下它們的量子運動。
在(zài)即將發表於《物理評論快報》上的研究報告中,研究人員表示(shì),他(tā)們(men)將5美分大小的鏡子(zǐ)冷卻(què)到(dào)絕對溫度0.8度。在此溫度下,1克重的物質運(yùn)動十分緩慢(màn),在(zài)130億年(宇宙的年齡)的時間裏,它們行進的路程為4萬公裏,相當於繞地球一圈。為了實現極低溫度,研究人員將(jiāng)光阱技術和光阻尼相結合,用兩束激光同時作用於懸浮的鏡子,一束激光將其鎖定(dìng)在(zài)規定的位置,另一束激光則將其運動減緩並將其熱能帶(dài)走。結果在兩束強大的激光共同作用下,鏡子幾乎靜止不動。
馬瓦爾瓦拉預(yù)計,隨著研究人員將物體的溫度冷卻到越來越接近於絕對零度,人們麵臨的困難也將越來越大。某些技術上的難題現在仍(réng)然沒有被解決,激光頻率波動產生的幹涉就是其中之一。然而(ér),一旦(dàn)將物體冷卻到足夠低的溫度,人們將觀察到量子信息存儲以及光和鏡之間的量子糾纏等量子效應。
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更多>2018-10-12