冷原子物理及其应用.pdf

目前我们课题组研究内容 分数阶微分系统的混沌控制与同步 经典混沌与量子混沌的比较研究 螺旋波和斑图及其在生物医学上的应用 玻色—爱因斯坦凝聚的理论研究 强激光场与原子或分子的相互作用 内容提要 冷原子物理及其研究意义 冷原子的应用前景 结束语 冷原子物理及其研究意义 按人类对微观世界的认识程度划分，当 代物理学有三个最主要的研究领域，即 粒子物理，原子分子与光物理（AMO ） 和凝聚态物理。这三个领域的物理学家 几乎瓜分了20世纪50年代以来的诺贝 尔物理学奖。 冷原子物理及其研究意义（续） 从这三个大领域的基础性和应用性来 说，原子分子与光物理领域介于其他两 者之间。粒子物理需要依靠大型实验设 备展开基础性探索工作，而凝聚态物理 更多的研究方向主要瞄准可遇见的应用。 因此在原子分子与光物理领域中，许多 研究方向的现实意义并不为人所熟知。 冷原子物理及其研究意义（续） 冷原子物理学实际是一门交叉学科，目 前研究者主要来自：原子与分子物理、 光物理、理论物理、凝聚态物理等学科 的研究者。 冷原子物理是研究超低温度下的原子(分 子)的各种特性及其应用的物理学分支。 冷原子物理及其研究意义（续） 冷原子物理及其研究意义（续） 冷 原 子 产 生 及 应 用 图 示 冷原子物理及其研究意义（续） 冷原子的主要特征： 运动很慢，碰撞减少 相干时间长，相互作用时间长 大量原子具有几乎相同的频率和波长 能级宽度变窄，量子态更明确 更利于被实际操纵 冷原子物理及其研究意义（续） 冷原子物理的应用前景非常广泛， 在这里举两个实例。 原子 “激光” “光速减慢” 冷原子物理及其研究意义（续） 激光：强度极大、单色性好、高度相干 微观粒子也具有“波粒二象性”，当它们处在 超冷状态形成“玻色—爱因斯坦”凝聚时，冷 凝的原子获得完全“同步”的原子的状态。它 们同样具有好的相干性、几乎相同的频率（单 色）。若能一个一个地列队顺序发射就可以产 生原子“激光”。 原子激光可能首先应用于测量变化和制造纳米 技术的新仪器，同时它可能还有许多潜在的、 惊人的价值。 冷原子物理及其研究意义（续） 左图为俯视图，显示了冷凝态原子由电磁脉冲排 出阱外后是如何以脉冲的形式发射的，它们在引 力场中自由下落并渐渐的扩大；右图为另外一组 原子脉冲的图样，每个原子脉冲中的原子数界于 105 6 到10 个。 原子 激光 实验 观察 到的 现象 冷原子物理及其研究意义（续） 光速减慢 光速减慢 一种利用激光和超冷原子停止和启动 一种利用激光和超冷原子停止和启动 光脉冲的方法 光脉冲的方法 冷原子物理及其研究意义（续） 1999年莱娜·豪(Lene Hau) 研究组把一 个时间宽度为3微秒、空间宽度为1公里的 激光脉冲射入一团特制的超冷钠原子气团 样品中（长度为0.2毫米），可以使在其 内部运动的光的速度减慢为自由空间中光 速的一千万分之一（每秒30米左右），这 是以前可能只在科幻片中才发生的事情。 冷原子物理及其研究意义（续） 减慢光速的关键是存在第二束激光即所