低温原子碰撞-两个原子到分子的诞生-.PDFVIP

低溫原子碰撞－兩個原子到分子的誕生－ 文/蔡錦俊 壹、引言 以不論是描述它們空間的分佈或是交互作用的能 量，都需以量子力學的波函數和本徵值來描述。 當 物 理 學 家 在 寫 下 量 子 力 學 的 Schrödinger Equation 來解一個原子的波函數(Wavefunctions)和本徵 二、低溫原子碰撞是相對簡單的一個碰撞系統。當我 值(Eigenvalues)時，大部份是針對一個單獨的原子所寫 們用分波(Partial Waves)的方法來描述碰撞時，只 下的，例如大家熟知的以量子力學來解氫原子，這時 需考慮前幾項(低分波通道)的貢獻，其它的分波 並沒有考慮是否有其他原子靠近。然而大部份實驗研 會因為能量太低，無法克服離心位能障而機乎沒 究的系統並無法將單一一個粒子分離出來，通常是許 有貢獻。 10 20 多原子在一起的系統（通常都是 10 －10 個），所以 三、低溫碰撞對遠距離原子間的作用特別靈敏。因為 當原子與原子相互靠近時的相互影響效應就不能不考 低溫原子在靠近時，大部份的時間都處於遠距離 慮了，這就是所謂原子碰撞。原子碰撞時如果發生室 下，所以波函數的振幅在這裡特別大，因此有很 溫或者不是很低的溫度，則它們相對的運動速度就太 大的碰撞機率（正比於波函數振幅的平方）。 大了，以至於在碰撞的過程其時間太短，能量的不準 度就很大，例如室溫時，能量的不準度約為數百個 四、由於速度慢，碰撞時間很長，所以碰撞動力學也 cm-1 ，比起原子間的束縛態能量不準度在千分之一個 會受到影響。 -1 5 -1 -23 cm 差了 10 個數量級(1cm =30GHz=1.99x10 J)，通常 五、碰撞時間長，導致導碰撞過程中的自發幅射會影 不具有研究價值。所以只有當原子的溫度低到相對之 響、改變到原本已經糾纏的碰撞通道。 能量的不準度和其束縛態的能量不準度相當時，原子 間的碰撞才有研究的意義。這溫度是多少呢？原子或 貳、低溫原子碰撞的動力學 分子束縛態的能量不準度約為數十個 MHz，大約是小 於 1mK，即千分之一的絕對溫度，而其所對應的能量 首先，我們來看看基本的低溫原子碰撞的過程， 約為 1mK =21MHz（~0.0007cm-1 ），所以在原子溫度小 在圖一中[1]，考慮兩個鹼金屬原子在不同的原子態 於 1mK 的碰撞，我們稱之為低溫碰撞(回顧性的文章 時，相互靠近的位能曲線，橫軸是兩個原子核之間的 請參閱參考資料[1,2])。 距離，縱軸是系統的位能。一開始兩個鹼金屬原子處 於基態(S)，互相靠近而產生碰撞，我們選擇適當的雷 將系統原子的溫度降到很低來做研究的目的，最 射能量在碰撞距離 RC 處將它激發到 S+P 的分子態。如 主要是可以大大降