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《自然》：首次利用激光“冻结”原子波
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法国和意大利科学家的两项最新研究，成功利用激光束实现了原子波的“冻结”，也就是在金属原子身上实现了所谓的“安德森局域化”（Anderson localization）。相关论文发表在6月12日的《自然》杂志上。 量子力学认为，物质没有确定的位置，一切物质都会波动。物质波的实质就是几率波，即在空间中某点某时刻可能出现的几率。物质表现出的宏观位置其实是几率波函数的平均值。以原子波为例，它的波长与原子温度有关，当温度高时，会清楚地显示位置与运动轨迹，但波长非常小，很难表现出人眼能观测到波动现象；但如果温度一再降低，原子运动速度会变慢，波长却随之变长，波动性逐渐显现出来。 此前，科学家已经证实，利用激光辐射冷却原子能够产生原子波，而当温度降至绝对零度时，所有原子更是会以相同的波动量子态凝聚在一起，即所谓的玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）。 在1958年，美国物理学家Philip Anderson预测，如果在导体内加入杂质，电子在传导时会被这些杂质散射，多重散射波会发生互相干扰，这种综合效果会导致电子的运动受限停止，从而使金属的导电性消失，呈现出绝缘体的性质。这一预测后来被实验证实，安得森也因此获得1977年的诺贝尔物理学奖。 理论上，“安德森局域化”可以扩展为波在随机介质中传播会因散射而停止，波会集中在空间中的某一区域。最新研究就是对原子波中实现该效应的首个证实。进行这两项研究的是法国国家科学研究中心（CNRS）光学研究所的Philippe Bouyer等人和来自意大利佛罗伦萨大学的一支独立研究小组。 两队研究人员让原子穿过混杂的激光束，激光束的聚集程度影响着原子的散射度。随后，他们将微观原子云冷却到接近绝对零度，形成玻色－爱因斯坦凝聚。在此基础上，研究人员令这些BEC原子从很小的初始点开始，沿着由激光束创造的线路扩展、膨胀。随后，他们要么将激光照过毛玻璃，要么复合多重波长的激光，让该线路上生成随机模式，结果，这些BEC原子只能扩展到大约十分之一英寸（2毫米左右）就会停下来。 Bouyer表示，新的研究结果说明，利用玻色－爱因斯坦凝聚，人们可以真正模拟一些非常复杂的系统，比如半导体。他还指出，下一步的研究目标就是将该技术拓展到二维甚至三维空间，从而更好地模拟真实的材料。（科学网 任霄鹏/编译） （《自然》（Nature），453, 891-894 (12 June 2008)，Juliette Billy, Philippe Bouyer & Alain Aspect） （《自然》（Nature），453, 895-898 (12 June 2008)，Giacomo Roati, Michele Modugno & Massimo Inguscio） |
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