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转动冷原子研究的前沿介绍

1924年,London指出液氦的超流转变是由于低温下液氦中发生了玻色 -爱因斯坦凝聚 (BEC),1947年Landau给出了液氦的激发谱,Bogoliubov利用玻色凝聚的假设处理弱相互作用玻色气体问题得到了玻色液体的激发谱 [1—3].超流体一个引入瞩目的性质就是它对转动的响应. 1949年,Onsager引入了涡旋 (vortex)的概念来解释超流体对转动的响应,绕涡旋的环流是宏观量子化的 [4].∫vs·dl=n2πm,n= 0, 1, 2…其中vs为超流体流速. 1961年环流量子化由Vinen在实验上给予验证,但由于液氦是强关联液体,超流成份相对较少,理论处理比较困难,理论预言与实验结果不易做进一步的比较 [5].1995年玻色-爱因斯坦凝聚的实验实现,使得以前只能在液氦中进行研究的超流现象可以直接在束缚低温碱金属原子中进行研究 [6].液氦与冷碱金属原子的BEC有很大的不同:液氦是均匀的液体,束缚原子的BEC...  (本文共4页) 阅读全文>>

权威出处: 《物理》2005年04期
《物理》2017年03期
物理

超冷原子实验验证量子相变的时空对称性

当一个物理系统在发生连续相变的时候,微观尺度的细节不再扮演重要角色,一个宏观尺度的普适理论原则上可以描述相变的物理现象,无论此相变发生在什么具体的物理体系中,例如液氦超流体[1],液晶[2],生物细胞膜[3],超冷原子[4,5],甚至于整个宇宙早期的宏观结构[6]。普适性理论对于描述平衡态物理已经取得相当大的成功。然而当系统快速通过相变过程的时候,其演化过程是否也能用一个普适性理论来描述呢?针对这一问题,奇博(T.Kibble)于1967年首先提出了奇博—祖瑞机制。奇博认为宇宙演化初期大尺度结构是可以由连续相变过程产生的[4]。而后祖瑞(W.Zurek)于1985年进一步将此想法推广至凝聚态系统中,以描述相变过程中拓扑缺陷图1连续量子相变及拓扑缺陷的产生(a)当晶格振动较弱时(SSC),从能量色散关系中可以看到,系统此时有两个简并的基态,它必须从两个等价的基态中做出选择,导致了自发的对称破缺(铁磁相)。区别于传统的顺磁—铁磁相变...  (本文共2页) 阅读全文>>

权威出处: 《物理》2017年03期
《物理》2005年05期
物理

材料表面对超冷原子的量子反射

一只钢球抛向坚硬的表面,在二者接触之后,钢球将被表面反射,这一图像是人们的经典直觉.然而,如果将钢球换成原子,表面反射过程将有许多新特点.例如,原子可能在尚未接触到表面之前就“掉头”折返,这一现象被称为量子反射.与量子隧穿一样,量子反射也是源于粒子的波粒二象性.一般说来,当入射原子与表面之间的距离小到原子直径的若干倍时,二者之间的吸引相互作用就变得明显.量子反射作为一种机制,可以屏蔽固体表面对原子运动的复杂影响,以致于减少“吸附”之类的事件发生.以往,为了避免入射原子接近固体表面,所采用的是“倏逝波镜”...  (本文共1页) 阅读全文>>

权威出处: 《物理》2005年05期
《中学生数理化(高二)》2016年12期
中学生数理化(高二)

误差最小的钟表——空间冷原子钟

伴随着“天宫二号”的发射,一台“长相”与我们日常所用的钟表完全不肖w黑色目柱体——空间冷原子 履行自己的使命。 这台“定时神针”会实现约3 000万年误差Is的超高精度,是国际首台在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟,也是目前在空间运行的最高精度的原子钟。那么,它是怎样达到这样的超高精度的呢?它又是用来干什么的呢? 空间冷原子钟是科学家们在地面喷泉原子钟的基础上,将激光冷却原子技术与空间“微重力”环境相结合的喷泉冷原子钟,主要包括物理单元、微波单元、光学单元和控制单元四个组成部分。相比于之前在太空中运行的最高精度为300万年误差1 S的热原子钟,这台冷原子钟将时间精度提升了10倍。 机械表1天差不多有1 s误差,石英表10天大概有1 s误差,氢原子钟数百万年有1 s误差,而这台冷原子钟则可以做到3 000万年误差ls。 空间冷原子钟达到超高精度的秘诀主要在于“高、冷,,,即一方面得益于太空中“天宫二号,,的“微重力,,环境,另一...  (本文共1页) 阅读全文>>

《阅读》2017年Z6期
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误差最小的钟表

“天宫二号”发射升空,一台“长相”与我们日常所用的钟表完全不同的黑色圆柱体——空间冷原子钟也随之来到太空。这台“定时神针”有着约3000万年误差1秒的超高精度,是国际首台在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟,也是目前在空间运行的最高精度原子钟。那么,它是怎样达到这样的超高精度的呢?它又是用来干什么的呢?空间冷原子钟是在地面喷泉原子钟的基础上,将激光冷却原子技术与空间微重力环境相结合的喷泉冷原子钟,主要包括物理单元、微波单元、光学单元和控制单元四个组成部分。相比于之前太空运行的最高精度300万年误差1秒的热原子钟,这只冷原子钟将时间精度提升了10倍。空间冷原子钟达到超高精度的秘诀主要在于“高”、“冷”:一方面得益于太空中“天宫二号”的“微重力”环境;另一方面则因为其自身的“冷”。在微重力环境下,原子团可以做超慢速匀速直线运动,基于对这种运动的精细测量可以获得较地面上更加精密的原子谱线信息,从而可获得更高精度的原子钟信号,实现在地面...  (本文共2页) 阅读全文>>

权威出处: 《阅读》2017年Z6期
《科学大众(中学生)》2017年Z1期
科学大众(中学生)

3000万年,它才会走错1秒钟

、伴随着“天宫二号”的发射升空,一台“长相”与我们日常所用的钟表完全不同的黑色圆柱体—~空间冷原子钟来到太空,开始履行自己的使命。这台“定时神针”会实现约3 000万年误差1秒的超高精度,是国际首台在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟,也是目前在空间运行的最高精度原子钟^那么,它是如何达到如此惊人的超高精度的?它又是用来干什么的呢?II - - 1它的秘诀就是“高冷”喷泉原子钟 $ ^ . 人们平时所用的钟表,精度高的 空间冷原子钟是在地面願泉原子钟|的基础上,大约每年会有1分钟的误差,这对曰常 将激光冷却原子技术与空间微重力环境相结合的喷生活是没有影响的,但在要求很高的生 泉冷原子钟,主要包括物理单元、微波单元、光学产、科研中,就需要更准确的计时工具单元和控制单元4个组成部分。和之前在太空运行目前世界上最准确的计时工具就是原子 的最高精度300万年误差1秒的热原子钟相比,这钟,它利用原子吸收或释放能量时发出 台冷原子抑将时间精...  (本文共2页) 阅读全文>>