超冷原子物理学与原子光学

最近十多年来 ,一个新的领域———超冷原子物理学蓬勃地发展起来 .所谓“超冷” ,是指原子作为整体的平动速度极低 ,对应温度低于1ｍＫ( 1 0 -3Ｋ) .如此低温度下的原子体系 ,体现若干新的现象 ,遵从新的物理规律 .其中特别有意义的是原子气体玻色 爱因斯坦凝聚(ＢＥＣ)现象 ,2 0 0 1年的诺贝尔物理学奖就是授予在ＢＥＣ实验实现和性质研究方面做出重要贡献的Ｅ .Ａ .Ｃｏｒｎｅｌｌ,Ｗ .Ｋｅｔｔｅｒｌｅ和Ｃ .Ｅ .Ｗｉｅｍａｎ三位物理学家的 .超冷原子体系技术上能实现 ,有赖于发展于 2 0世纪 80年代的激光冷却和捕陷中性原子的方法 .鉴…     

在玻色-爱因斯坦凝聚态下测定微小的力

美国Rice大学的S．Bhongale教授和洛斯阿拉莫斯国家实验室的E．Timmermans教授在最近完成了一项出色的实验,他们利用超冷原子气泡来测定微小的力．他们将一种原子形成气泡,让它在另一种原子气体内运动．实验中对加速度的测量可达到10^-10m／s^2的精度．     

超冷铯Rydberg原子寿命的测量

本文从实验上采用两步激发超冷基态原子获得超冷Rydberg原子,通过选择场电离的方法获得超冷Rydberg原子的离子信号.改变延迟时间测得Rydberg原子布居数随时间的变化关系,用两种方法拟合实验数据得到36D和34S态原子的有效寿命,与现有理论结果一致. 关键词： Rydberg原子 寿命 黑体辐射 场电离     

超冷nS Rydberg原子的态转移

本文从实验上研究了超冷nS Rydberg原子在外电场脉冲作用下的态转移现象. 采用双光子激发超冷基态原子制备超冷Rydberg原子, 通过脉冲场电离法探测超冷Rydberg原子的离子信号, 实验研究了由外加脉冲电场产生的nS能级和多重态的避免交叉, 获得了在外电场脉冲作用下nS态原子的态转移现象, 实验与理论计算的结果相一致. 关键词： Rydberg原子 态转移 能级避免交叉     

70S超冷Cs Rydberg原子的动力学演化

利用双光子激发超冷原子获得70S超冷Cs Rydberg原子, 采用脉冲场电离法使Rydberg原子电离, 并用微通道板测量Rydberg原子的信号. 改变激发光和电离电场脉冲的延迟时间和激发光脉冲的宽度, 研究70S超冷Cs Rydberg原子之间的相互作用和动力学演化过程. 利用黑体辐射导致的态转移和相互作用碰撞电离解释了实验结果,实验结果和理论相一致.     

转动冷原子研究的前沿介绍

环流的宏观量子化是超流体最引人瞩目的性质之一．1995年玻色一爱因斯坦凝聚的实现为超流提供了一个新的研究对象，使得人们可以对转动的超流体进行深入的研究．实验上在BEC中产生了涡旋激发，并进一步观测到了涡旋晶格．理论研究表明当冷原子的转速进一步增大，涡旋品格会融解成一种新的强关联系统——量子霍尔液体．文章主要介绍近年在转动冷原子方向上理论和实验的进展．     

量子“蹦床”能够检测引力

这是世界上最小的蹦床(trampoline).弹跳的原子和激光一起能对引力进行超精确的测量.验证引力理论,如广义相对论,可以利用超冷原子的集团在一真空室内的下落来精确地测量引力的强度.这种原子集团被称为玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein Condensates简称BECs).BECs按照量子力学的波动状态方式行事,互相干涉.干涉图     

玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)实验及其最新进展

近年来,有关玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的实验研究得到了快速发展,并取得了一系列重大的实验进展。本文重点介绍了玻色-爱因斯坦凝聚的实验结果及其最新进展,主要包括具有正、负散射长度碱金属(7Li,23Na,41K,85Rb,87Rb和133Cs)原子BEC的实现,自旋极化1H原子、亚稳态4He原子和具有2个价电子的174Yb稀土原子BEC的实现,全光型BEC和微阱BEC乃至低维BEC的实现,甚至分子BEC和费米原子对的凝聚以及超冷BEC凝聚体的应用等。     

玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)实验及其最新进展

近年来,有关玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的实验研究得到了快速发展,并取得了一系列重大的实验进展。本文重点介绍了玻色-爱因斯坦凝聚的实验结果及其最新进展,主要包括具有正、负散射长度碱金属(7Li,23Na,41K,85Rb,87Rb和133Cs)原子BEC的实现,自旋极化1H原子、亚稳态4He原子和具有2个价电子的174Yb稀土原子BEC的实现,全光型BEC和微阱BEC乃至低维BEC的实现,甚至分子BEC和费米原子对的凝聚以及超冷BEC凝聚体的应用等。     

铷原子磁光阱中超冷等离子体的形成和演化

在铷原子的磁光阱中,通过光电离冷原子方法和稠密里德堡原子的自发演化方法产生了超冷等离子体。磁光阱中冷却并囚禁了10^7个原子,温度约为500μK,之后用一束脉冲激光将冷原子电离或者激发至高里德堡态,通过调节脉冲激光的能量控制离子数量或者里德堡原子的数量。利用延迟斜坡电场或脉冲电场引出超冷等离子体中的电子,对超冷等离子体的形成和演化进行了研究,并利用库仑势阱模型对实验结果进行了解释。实验结果表明,由于来自长寿命里德堡原子的贡献,里德堡原子自发演化形成的超冷等离子体的寿命比光电离形成的超冷等离子体的寿命长。     

里德伯原子向超冷等离子体的自发转化

在铯原子MOT中,利用三光子激发冷原子获得超冷里德伯原子,改变里德伯原子间的相互作用时间,获得超冷等离子体的信号.研究了里德伯原子向超冷等离子体的自发转化过程和里德伯原子的初始电离机理. 关键词： 里德伯原子 相互作用 等离子体 电离机理     

用电子束任意雕琢原子团打开冷原子物理的新天地

近十年来,物理学家们非常巧妙地运用光格(呈有序排列的光阱)和超冷原子构成的量子"模型"对诸如超导现象等固体性质进行模拟研究.然而,人们一直没有找到一种很好的方法将光格中特定位置的原子去掉,这就使光格一超冷原子量子模型的应用范围受到较大的限制.如果可以对光格中的每个超冷原子进行针对性操作,那么光格一超冷原子量子模型将可以模拟更多种类的固体材料.     

超冷费米原子气中超流发生的确凿证据

最近，恰好在玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）实现10年之后，美国麻省理工-哈佛超冷原子研究中心的Zwierlein等（由Ketterle W领导的小组）首次在超冷^6 Li费米原子气中看到了超流的确凿证据——由涡旋构成的Abrikosov晶格（这类品格，此前已经在旋转的BEC中和超导体中被观察）．这一进展被认为是继BEC之后的又一重大进展．     

微重力环境下冷原子物理及其应用

文章介绍了国际上微重力环境下冷原子物理及其应用的研究工作：空间原子钟、原子干涉仪、超冷原子物理和建议中的广义相对论的探索。文中简要介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所在微重力环境下所进行的空间原子钟、玻色-爱因斯坦凝聚和原子芯片等研究工作。     

大倾斜角度下基于冷原子重力仪的绝对重力测量

冷原子重力仪的倾斜角会对绝对重力测量产生显著的影响.高精度的绝对重力测量需要对重力仪的倾斜角进行精确的测量、控制及校正.本文从理论上分析了四种不同情况下倾斜对绝对重力测量的影响规律,并在实验上对得到的理论进行了实验验证.基于此,设计了一种基于双倾斜计的绝对重力测量方案,主要是为了解决恶劣测量环境下的冷原子重力仪倾斜漂移问题.此方案利用高精度倾斜计记录放置在被动隔振平台上的拉曼反射镜的倾斜角度,并使用另外一个倾斜计监控真空系统的倾斜,以实现振动噪声的抑制和倾斜的高精度测量.基于自研的小型化冷原子重力仪,对该方案进行了实验验证,并最终实现了车间复杂环境下的高精度绝对重力测量.由于倾斜得到精确测量和补偿,冷原子重力仪的测量精度达到了12.3μGal.本文为复杂环境下的高精度绝对重力测量提供了一种可行的方案,为冷原子重力仪的实用化提供了参考数据.     

超冷原子系综的非高斯纠缠态与精密测量

量子精密测量是基于量子力学的基本原理对特定物理量实施测量,并利用量子效应提高测量精度的交叉科学.随着超冷原子实验技术的发展,超冷原子为量子精密测量提供了一个优异的研究平台.利用发展成熟的量子调控技术,人们可以基于超冷原子系综制备一些新奇的非高斯多粒子纠缠态.基于多体量子干涉,利用这些非高斯纠缠态作为输入,可以实现超越标准量子极限的高精度测量.本文简要综述这一研究领域的进展.     

超冷单原子分子阵列

用光镊形成光阱囚禁单个原子、用激光将单个原子冷却到基态形成超冷原子、将超冷原子相干合成单个超冷分子、将单原子分子重排串成丰富多样的超冷单原子分子阵列,这就构成了精密相干可控的多粒子量子系统,为多种前沿科学研究与技术发展提供难得的量子平台.文章介绍近年来在单原子量子态高保真操控、异核原子量子纠缠、原子一分子耦合态相干控制...     

超冷费米原子气——40K

1995年 ,在美国科罗拉多州“实验室天体物理联合研究所”(简称ＪＩＬＡ)的科学家 ,对87Ｒｂ原子气 ,首次实现了玻色 -爱因斯坦凝聚 (ＢＥＣ)之后 ,ＢＥＣ实验又陆续在7Ｌｉ、2 3Ｎａ和1Ｈ等系统中获得成功 .在ＢＥＣ凝聚体中 ,超冷原子被锁定到单一量子态 ,从而使量子力学法则在宏观世界中得到了展示 .然而 ,上述进展仅仅是量子凝聚故事的一半 .如所周知 ,中性碱金属原子还有另外一半 ,即费米原子———6 Ｌｉ和4 0 Ｋ等 .它们在极低温条件下的行为将会怎样呢 ?最近 ,同是来自美国科罗拉多ＪＩＬＡ的物理学家Ｄ .Ｓ .Ｊｉｎ和她的研究生Ｂ .…     

超冷原子物理学与原子光学(续)

2 .2　超冷原子气体的玻色—爱因斯坦凝聚(ＢＥＣ)玻色—爱因斯坦凝聚是一种相变 ,其特点是宏观数量的粒子处于同一量子态 .有关这一物理现象的较详细的讨论 ,读者可参阅笔者有关的评述文章[16 ] .(1 )ＢＥＣ的提出和有关研究的历史发展1 92 4年印度的物理学家Ｓ .Ｎ .玻色在其论文“普朗克定律和光量子假说”中提出了一种新的统计方法 ,他将论文寄给了爱因斯坦 .爱因斯坦认识到该论文的重要意义 ,将其从英文译成德文并加上评注后寄给《物理学期刊》发表[17] .爱因斯坦接着在同年及次年初接连发表了二篇文章[18] (“单原子理想气体的量子理…     

费米6Li冷原子装载动力学的研究

我们用简单的系统实现了6 Li费米原子的冷却及俘获,研究了磁光阱中冷原子的装载动力学.由于其质量小和反冲动量大等特点,装载、冷却及俘获过程和其他的碱金属原子具有极大的不同.我们测量了装载率、单体碰撞损失率和原子数与温度的关系.基于气体动能和原子碰撞散射的理论计算来解释实验的测量结果.实现的长寿命6Li冷原子对将来研究超冷费米原子的量子简并及其强相互作用具有重要的意义.