当前位置:首页>入围博克体计划>物理学家终于测量出,一种长期以来都只是理论上的、由光与物质所构成的分子

物理学家终于测量出,一种长期以来都只是理论上的、由光与物质所构成的分子

物理学家终于测量出,一种长期以来都只是理论上的、由光与物质所构成的分子

物理学家们刚捕捉到,在一种键结松散的分子中,光可以作为原子之间的「胶水」。

理论基础

奥地利因斯布鲁克大学(University of Innsbruck)的物理学家马提亚斯·桑莱特纳(Matthias Sonnleitner)博士后研究员说:「我们第一次成功地在控制的方法下,使数个原子极化在一起,在它们之间创造出可量测的吸引力。」

原子以各种方式连接来形成分子,而这些方式都包括电荷的交换,作为一种超级胶。 有些会共享带负电的电子,形成相对强的键结,最简单的从比如我们经常吸入的氧气,就是两颗连体的氧原子所形成,到漂浮在太空中的复杂烃。 有些原子则凭借它们整体电荷上的差异而互相吸引。

电磁场能够改变原子周围电荷的排列。 由于光是一种快速变化中的电磁场,因此理论上,一阵方向被适当引导的光子雨,可以将电子推到适当的方向,而看到它们键结。

维也纳工业大学(Technical University of Vienna,TU Wien)的物理学家菲利普·哈斯林格助理教授(Philipp Haslinger)解释说:「如果你现在打开外部电场,会改变一点电荷分布。 正电荷会稍微往一个方向偏移,负电荷会稍微往另一个方向偏移; 此时原子突然有正极端与负极端,它就被极化了。」

实验设计

哈斯林格助理教授、TU Wien 的原子物理学家米拉·麦沃格博士(Mira Maiwöger)与其同事们使用了超冷铷原子来展示出,光确实能够以几乎相同的方式来极化原子,让本来中性的原子变得有点黏性。

麦沃格博士说:「这是一个非常弱的吸引力,所以你必须非常小心地进行实验,才有办法测量它。 如果原子有很多能量,且正快速移动的话,那吸引力很快就会消失了。 这就是为何我们使用极冷的原子。」

研究团队使用了磁场,在单一平面中一镀金的芯片底下,捕获约5000颗原子的原子云。 在那里,他们将原子冷却到趋近绝对零度(摄氏 -273 度),形成准凝态(quasicondensate)。 如此一来,铷粒子开始集体行动,并且共享性质,就如同它们在物质的第五态般,但程度完全不同。

藉由激光照射,原子承受了各式各样的力。 举例来说,来自入射光子的辐射压力能够将原子沿着光线方向推动。 同时,电子间的反应能够将原子拉往光线最强烈的部分。

实验发现

为了侦测在此电磁场的激流当中,被认为会出现在原子间的微弱吸引力,研究人员必须进行一些仔细的计算。.

当他们把磁场关掉时,在原子抵达激光光场之前,它们会自由落体约 44 毫秒。 在该激光光场,研究人员亦使用择面照明荧光显微技术(light sheet fluorescence microscopy,LSFM)来拍摄影像。 在自由落体之间,由于原子云自然地扩张,所以研究人员能够在不同密度之处进行测量。

在较高密度处,麦沃格博士与其同事发现,在他们拍摄的观测影像中,有达18%的原子消失了。 他们相信,消失的原因是由于光所协助造成的碰撞,将铷原子从原子云当中被踢出。

这展示出了部分发生中的事,不是只有入射光影响着原子,还有其他散射原子的光也是。 随着光碰触到了原子,光就给了它们极性。

取决于所使用的光的类型,原子不是被更大的光强度所吸引,不然就是被排斥。 因此,它们不是被推向低光强度区域,就是被推向高光强度区域,但在每个情况下,它们最终都会聚集在一起。

麦沃格博士与其同事们在论文中写到:「通常的辐射力、与(由光触发的)互动间最基本的不同在于,后者是有效的粒子与粒子间的互动,是由散射的光所调节的。 它并没有将原子们困在固定的位置(比方说激光光的焦点),而是将它们拉向粒子密度最大的区域。」

未来应用

虽然这股将原子聚集起来的力,比起我们更熟知的分子力还要来得弱,但是在大尺度上,它就能够加大。 它们可以使放射模式与共振线偏移,而这些特征是天文学家所用来告知我们,他们对天体的理解的特征。 它也可以帮助解释分子是如何在太空中所形成的。

哈斯林格助理教授说:「在广袤的太空当中,微小的力量可能扮演重要的角色。 在此,我们首次能够展示出,电磁辐射可以在原子之间产生力,这可能可以帮忙在还没有解释过的天体物理学情境中阐明新观点。」

引用数据 :

Koumoundouros, T., (2022, August 4). Physicists Finally Measure a Long Theorized Molecule Made From Light And Matter. ScienceAlert
Maiwöger, M. et al., (2022, July 27). Observation of Light-Induced Dipole-Dipole Forces in Ultracold Atomic Gases. Physical Review X. doi/10.1103/PhysRevX.12.031018
图片来源:https://www.sciencealert.com/physicists-finally-measure-a-long-theorized-molecule-made-of-light-and-matter(图:Harald Ritsch/TU Wien)

本文由奇点天文作者上传并发布,奇点天文仅提供文章投稿展示,文章仅代表作者个人观点,不代表奇点天文立场。

本文由奇点天文作者上传并发布,奇点天文仅提供文章投稿展示,文章仅代表作者个人观点,不代表奇点天文立场。

给TA充能
共{{data.count}}人
人已充能

0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索