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  在朱棣文的三維激光冷卻實驗裝置中,在三束激光交匯處,由於原子不斷吸收和隨機發射光子,這樣發射的光子又可能被鄰近的其他原子吸收,原子和光子互相交換動量而形成了一種原子光子相互糾纏在一起的實體,低速的原子在其中無規則移動而無法逃脫。朱棣文把這種實體稱做「光學粘團」,這是一種捕獲原子使之集聚的方法。更有效的方法是利用「原子阱」,這是利用電磁場形成的一種「勢能坑」原子可以被收集在坑內存起來。一種原子阱叫「磁阱」,它利用兩個平行的電流方向相反的線圈構成(圖 4)。這種阱中心的磁場為零,向四周磁場不斷增強。陷在阱中的原子具有磁矩,在中心時勢能最低。偏離中心時就會受到不均勻磁場的作用力而返回。這種阱曾捕獲 1012 個原子,捕陷時間長達 12min 。除了磁阱外,還有利用對射激光束形成的「光阱」和把磁阱、光阱結合起來的磁 —— 光阱。


                   


  激光冷卻和原子捕陷的研究在科學上有很重要的意義。例如,由於原子的熱運動幾乎已消除,所以得到寬度近乎極限的光譜線,從而大大提高了光譜分析的精度,也可以大大提高原子鐘的精度。最使物理學家感興趣的是它使人們觀察到了「真正的」玻色 —— 愛因斯坦凝聚。這種凝聚是玻色和愛因斯坦分別於 1924 年預言的,但長期未被觀察到。這是一種宏觀量子現象,指的是宏觀數目的粒子(玻色子)處於同一個量子基態。它實現的條件是粒子的德布羅意波長大於粒子的間距。在被激光冷卻的極低溫度下,原子的動量很小,因而德布羅意波長較大。同時,在原子阱內又可捕獲足夠多的原子,它們的相互作用很弱而間距較小,因而可能達到凝聚的條件。1995 年果真觀察到了 2000 個銣原子在 170nK 溫度下和 5 × 105 個鈉原子在 2μK 溫度下的玻色 —— 愛因斯坦凝聚。


  朱棣文(S.Chu)、達諾基(C.C. Tannoudji)和菲利浦斯(W.D.Phillips)因在激光冷卻和捕陷原子研究中的出色貢獻而獲得了 1997 年諾貝爾物理獎,其中朱棣文是第五位獲得諾貝爾獎的華人科學家。

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