打造「永存」原子雷射 物理學家有嶄新突破

原子雷射是由以單波形式前進的原子所形成的光束,但現在物理學家邁出了巨大的一步,嶄新突破了「連續原子」,創造出表現起來如同雷射光的原子束,理論上可以「永久」存在;儘管仍有部分重大限制,研究團隊下一步將致力於維持穩定的原子光線,藉此提取傳播中的物質波。

圖/123RF

第一道原子雷射是在 1996 年,由麻省理工學院(MIT)的物理學家團隊所創造的。此概念聽起來相當簡單:就像傳統以光為基礎的雷射,是包含以同步波的形式進行移動的光子般,一道由原子所組成的雷射會需要它們波的特性先對齊後,才能作為光束而射出。

基於概念先行,原子雷射起源於玻色—愛因斯坦凝聚(簡稱BEC),這是近年來物理學領域內的一個前沿性熱點研究課題;BEC是指巨觀數量的玻色粒子處於相同的量子態,條件是要求系統的溫度必須低於某一臨界溫度。在該理論提出之初,由於要求溫度達到10-6K量級的低溫,所以初期BEC幾乎被認為無法實現。但隨著雷射冷卻與捕獲原子技術的迅速發展,滿足了實現BEC所要求的極低溫條件。

科學家們目前嘗試達成的原子雷射是脈衝型式而不是連續型式,為了製造出連續 BEC,物理學家在空間中分散冷卻步驟,並讓原子移動,最終,極冷的原子們抵達「實驗核心」,這是一個讓 BEC 避免被光照射的阱,只要實驗持續進行,就能夠被持續補充的儲存槽。

雖然理論上很簡單,但是在實際操作上仍有困難存在,研究人員指出,這項實驗是針對具有全反射腔鏡的連續波型式光學雷射,所打造的物質波類比;此概念驗證的展示,提供了原子光學新的、迄今為止失蹤的一塊訊息,未來將能夠打造出連續且同調的物質波設備。(記者/白水曉)

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