麻省理工学院物理学家开发更快的方式来使Bose-Einstein冷凝水

利用新的激光冷却过程，麻省理工学院物理学家发明了一种以比常规方法更快地冷凝原子的新技术，同时节省大部分原子原子。

原子的世界是随机混乱和热量之一。在房间温度下，一块原子是一个疯狂的混乱，原子互相推翻并碰撞，不断改变他们的方向和速度。

通过大幅冷却原子，可以减速这种随机运动，甚至完全停止。在绝对零以上的毛发中，先前的漂移原子变成了几乎僵尸状状态，以一种称为Bose-Einstein冷凝物的量子物质形式移动。

由于第一个Bose-Einstein缩合物于1995年由科罗拉多州的研究人员成功生产，并且由MIT的Wolfgang Ketterle及其同事，科学家们一直在观察其奇怪的量子特性，以便深入了解许多现象，包括磁性和超导。但冷却原子进入冷凝物缓慢且效率低下，并且在该过程中损失了原始云中的99％以上的原子。

现在，麻省理工学院物理学家发明了一种将原子浓缩的新技术，其浓缩液，其比传统方法更快，并节省大部分原子。该团队使用了一个新的激光冷却过程，将铷原子云从室温到1微核，或低于绝对零的程度。

通过这种技术，该团队能够冷却2,000个原子，从此中，产生1,400个原子的冷凝物，保存70％的原始云。他们的结果今天在期刊上发表。

“人们正试图使用​​Bose-Einstein凝聚物来了解磁性和超导，以及使用它们制作陀螺仪和原子钟，”MIT的Lester Wolfe Physics Physics教授Vladan Undevers说。“我们的技术可以开始加快所有这些查询。”

vuletić是本文的高级作者，其中包括第一作者和研究助理Jiazhong Hu，以及Zachary Vendeiro，ValentinCrépel，Alban Urvoy和Wenlan Chen。

“小部分和大缺点”

科学家们通过激光冷却和蒸发冷却的组合来常规地产生Bose-Einstein凝聚物。该过程通常通过从原子云上的若干方向闪光的激光束开始。梁中的光子充当小乒乓球，弹跳更大，篮球大小的原子，并在每次碰撞中减慢它们。激光器的光子还采用以压缩原子云，限制它们的运动并在过程中冷却它​​们。但研究人员发现了激光可以冷却原子的限制：云变得越密集，空间越少的空间散射;相反，他们开始产生热量。

此时，科学家们通常关闭灯光并切换到蒸发冷却，硫葡萄是“像冷却咖啡杯一样 - 你只是等待最热门的原子逃脱。”但这是一种缓慢的过程，最终消除了超过99％的原子原子，以保留冷却的原子，以变成Bose-Einstein凝聚氨酸。

“到底，你必须从100多万个原子开始，得到仅由10,000个原子组成的凝聚力，”vuletić说。“这是一个小部分和一个大缺点。”

调整扭曲

vuletić和他的同事发现了一种方法来围绕激光冷却的初始限制，使用激光从开始完成的激光凝结的凝结物 - 一个更快，原子节省的方法，他描述了物理学家中的“长期梦想”场。

“我们发明的是一种新的方法，使其在高[原子]密度高的方法上，”vuletić说。

研究人员采用常规的激光冷却技术来冷却铷原子云，刚刚在原子变得如此压缩的点上方，光子开始加热样品。

然后，它们切换到称为拉曼冷却的方法，其中它们使用一组两个激光束进一步冷却原子。它们调谐第一梁，使其光子被原子吸收，使原子的动能转变为磁能。原子是响应，进一步减慢并冷却，同时仍然保持原始总能量。

然后，该团队在大量压缩云处瞄准第二激光器，其以这样的方式调谐，使得光子在被较慢的原子吸收时去除原子的总能量，甚至进一步冷却它们。

“最终，光子在两步的过程中剥夺了系统的能量，”vuletić说。“在一步中，你去除动能，在第二步中，你消除了总能量并减少了疾病，这意味着你已经冷却了。”

他解释说，通过去除原子的动能，一个基本上脱离了它们的随机运动，并将原子转变为类似于Bose-Einstein冷凝物的均匀，量子行为中的更多。当原子损失总能量并充分冷却以驻留在其最低量子状态时，这些冷凝物最终可以采取形式。

为了达到这一点，研究人员发现他们必须进一步走一步，以将原子冷却到冷凝物中。为此，他们需要将激光旋转远离原子共振，这意味着光可以更容易地从原子逸出而不推动它们并加热它们。

“原子对光子几乎透明，”vuletić说。

这意味着进入的光子不太可能被原子吸收，触发振动和热量。相反，每个光子都只是一个原子反弹。

“之前，当光子进来时，它被出现在出来之前的10个原子，所以它制作了10个原子抖动，”vuletić说。“如果你把激光从共振调整，现在光子在击中任何其他原子之前都有很好的逃脱。事实证明，通过增加激光功率，可以带回原始的冷却速率。“

该团队发现，随着它们的激光冷却技术，它们能够在比常规方法快100倍的过程中将铷原子从200微型微型到1微核素中的0.1秒冷却至1微酮。更重要的是，本集团的Bose-einstein缩合物的最终样本含有1,400个原子，从原始云覆盖2,000，与现有方法相比，节省了更大的凝聚原子。

“当我还是一名研究生时，人们曾经尝试过许多不同的方法，只需使用激光冷却，而且没有工作，人们放弃了。这是一个长期的梦想，使这个过程更简单，更快，更强壮，“vuletić说。“所以我们很兴奋尝试我们在新的原子种类上的方法，我们认为我们可以让它在未来制作1,000次更大的冷凝水。”

该研究得到了国家科学基金会，部分科学基金会，美国宇航局，美国宇航局，科学研究空军办公室和陆军研究办公室。

出版物：Jiazhong Hu，等，“通过激光冷却创建87RB的浓缩气体”2017年11月24日：卷。 358，第6366页，第1078-1080页; DOI：10.1126 / science.aan5614