超冷原子物理学与原子光学(续完)

3　原子光学激光冷却中性原子技术的发展成熟 ,不只是促进超冷原子物理学这个新的研究领域产生和发展起来 ,还同时推动了另一个新的研究领域———原子光学的形成和进步 .原子光学是原子物理学与光物理学的交叉新领域 .在这个新领域中 ,人们类似光物理中处理光 (光子 )那样来处理原子 .从物质粒子与光子在波粒二象性方面的对称地位 ,很容易理解出现相应的物质粒子光学的必然性 .实际上 ,电子光学已经存在了相当一段时间了 (由于发展电子显微镜技术 ) ,类似的研究还有离子光学 ,中子光学等 .上述意义下的原子光学研究 ,最早应该追溯到 1 92 9…     

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…     

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．     

从费米原子到配对超冷分子

自从1995年以来，实验物理学家已经在一系列玻色原子气系统中实现了玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)，它们是^1H，^7Li，^23Na，^85Rb和^87Rb等等，这些玻色原子具有整数自旋量子数，与玻色原子相对应的是费米原子，它们具有半整数的自旋值，例如^40K。即使在非常接近绝对零度的低温下，费米原子气也不可能凝聚到单一量子态：每一个费米原子所     

费米原子对的玻色-爱因斯坦凝聚(续)

费米原子组成的分子BEC之发现被认为是冷量子气体研究的一个里程碑．除本身的意义外，它还被作为向对凝聚超流体研究进军的桥头堡。     

实现费米原子凝聚的步伐

玻色子和费米子具有不同的统计力学行为 .玻色子比较“合群” ,当温度降到绝对零度 ,它们将共同占据最低的量子能态 .费米子“个性较强” ,即使是在Ｔ =0Ｋ ,它们也只能以每个能级两个粒子 (一个自旋向上 ,另一个向下 )的方式占据较低的那些量子能态 .一种原子 ,它究竟属于玻色原子还是费米原子 ,要看它所包含的费米子 (质子、中子和电子 )总数是偶数还是奇数 .1Ｈ ,4Ｈｅ ,7Ｌｉ ,2 3 Ｎａ ,85Ｒｂ ,87Ｒｂ和13 3 Ｃｓ中的费米子总数分别是 2 ,6 ,10 ,34,12 2 ,12 4和 188,因而是玻色原子 .3 Ｈｅ ,6Ｌｉ和40 Ｋ中的费米子总数分别是 5 ,9…     

原子激射器：相干原子束发生器

扼要介绍了原子激射器的原理、理论模型和首次实验报道，比较了原子激射器和光激射器的相似与不同，并评述了有关研究的前景和可能应用     

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．     

玻色-爱因斯坦凝聚在中国科学院上海光机所实现

文章报道了在稀薄87Rb原子气体中观测到的玻色 -爱因斯坦凝聚 (BEC)现象 .在四极矩和Ioffe组合磁阱 (QUIC)中装载了 1× 10 8个原子 ,经过 19s蒸发冷却达到了相变条件 .在高原子密度的情况下 ,文章作者观察到了BEC对探测光的衍射光环 .这时降低磁阱势垒和绝热的放开冷原子样品 ,我们拍摄到冷原子和BEC的吸收像 .根据数据拟合满足双高斯分布 ,表明发生了BEC相变 .相变温度约 2 15nK ,凝聚的原子数约为 5× 10 4 .     

激发态氦原子的玻色—爱因斯坦凝聚

1996年 ,《科学美国人》杂志的资深记者约翰·霍根出版了他的一本科普著作———《科学的终结》 .在书中霍根断言 :科学发现的伟大时代已经一去不复返了 .这一令人瞩目的观点 ,加上作者对众多科学家尖刻的讽刺 ,使得该书在上市不久便引发了科学界乃至社会各界的争论 .美国Ｓｃｉｅｎｃｅ周刊曾于 1996年 6月 14日发表了戴维·古德斯坦对该书的书评 .5年后的今天 ,作为对古德斯坦书评的注释 ,在这篇短文中 ,我们将以玻色 -爱因斯坦凝聚 (ＢＥＣ)的研究进展为例 ,批判霍根的科学悲观主义 .将 4千年前的金字塔与哈勃太空望远镜相比 ,哪一个是更…     

Combined ion and atom trap for low-temperature ion–atom physics

We report an experimental apparatus and technique which simultaneously traps ions and cold atoms with spatial overlap. Such an apparatus is motivated by the study of ion–atom processes at temperatures ranging from hot to ultra cold. This area is a largely unexplored domain of physics with cold trapped atoms. In this article we discuss the general design considerations for combining these two traps and present our experimental setup. The ion trap and atom trap are characterized independently of each other. The simultaneous operation of both is then described and experimental signatures of the effect of the ions and cold atoms on each other are presented. In conclusion, the use of such an instrument for several problems in physics and chemistry is briefly discussed.     

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.     

High-performance laser power feedback control system for cold atom physics

A laser power feedback control system that features fast response,large-scale performance,low noise,and excellent stability is presented. Some essential points used for optimization are described. Primary optical lattice experiments are given as examples to show the performance of this system. With these performance characteristics,the power control system is useful for applications in cold atom physics and precision measurements.     

High performance of semiconductor optical amplifier available for cold atom physics research

We present a novel design of a compact, stable, and easy-adjustable semiconductor optical amplifier （SOA） system. This SOA system is capable of providing up to 560-roW laser power at the wavelength of 852 nm. For the continuous-wave （CW） seeding laser, the amplification gain can reach 18 dB. We add amplitude modulation onto the CW laser and measure the modulation amplification between seeding and output laser. The amplification gain remains constant within the frequency range from 10 Hz to 1 MHz. The whole system could work in ultra-stable condition： for CW seeding laser, the fluctuation of output power is less than 0.33% in several hours.     

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.     

The positronium atom as a benchmark for Rydberg excitation experiments in atomic physics

Positronium is a hydrogen-like pure leptonic atom that has gained great attention in basic physics for its role in antimatter studies, in quantum electrodynamics tests and in material science. Positronium spectroscopy is also an interesting research field, especially in the again unexplored region of Rydberg states, where motional effects turns out of overwhelming importance in determining the level structure, at variance with the usual Rydberg atomic spectroscopy. In this paper we present a simple theory of optical excitation of positronium high-n levels in strong magnetic fields, and determine the conditions for obtaining saturation of the transitions. It is shown that positronium atom can be an atomic physics benchmark for laser excitation experiments on Rydberg states in magnetic environments.     

观察原子在稀薄环境中的扩散

观察原子在低温稀薄环境中的扩散,揭示出单次冲击对原子运动随机化所产生的影响。     

集成原子光学:原子芯片

原子光学是当前研究得比较热的学科，由于原子激光冷却技术和纳米技术的成熟，原子光学朝着微型化和集成化的方向发展．文章主要介绍了当前集成原子光学的一个焦点——原子芯片及其最新实验进展：包括不同形式的原子导引方式，当前原子芯片的实验工作，原子芯片在玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)研究中的应用，以及原子芯片在其他方面的应用前景．