Super Cold Atoms 超冷原子

Super Cold Atoms超冷原子 4A240057 呂宗育、4A240058王昰淳 4A240059郭岳翰、4A240061洪品、4A240062張詠承、4A240089 鄧雋岳、4A240091張祐誠

超冷下的原子物理 • 氣體冷卻到接近絕對零度時，會發生什麼?？85年前，科學家測試，在極低的溫度下硒化鎵項某些元素的原子會“合併”或“凝結”，形成一個單一的實體，一種新形式的物質。

不像普通的氣體，液體，固體，這種過冷的物質，它被命名為Bose-Einstein condensate(玻色-愛因斯坦凝聚)（BEC），將不包含單個原子，因為原來的原子會互相重疊，彼此之間不留空間。

愛因斯坦的假說刺激導致BEC的努力。但是，因為有時會發生在科學，必要的技術是無法提供。愛因斯坦的假說刺激導致BEC的努力。但是，因為有時會發生在科學，必要的技術是無法提供。

如果氣體密度較大，則碰撞效應亦大,在冷卻過程中，尚未到達BEC前就會因為熱平衡而凝結成凝體；如果氣體密度很小，則要達到極低的溫度。如果氣體密度較大，則碰撞效應亦大,在冷卻過程中，尚未到達BEC前就會因為熱平衡而凝結成凝體；如果氣體密度很小，則要達到極低的溫度。

直到最近技術相當，和這麼早調查仍是無果而終，激光器，它使用流程基於另一個愛因斯坦的思想，也沒有設計專門為BEC的研究，但他們成為這項工作的關鍵工具。直到最近技術相當，和這麼早調查仍是無果而終，激光器，它使用流程基於另一個愛因斯坦的思想，也沒有設計專門為BEC的研究，但他們成為這項工作的關鍵工具。

在1995年，物理學家終於發現的證據，他們曾試圖在美國科羅拉多大學中，有一隊是第一個宣告成功，他們創造了BEC的樣本氣態銣（Rb）的原子冷卻到約1.7×10 -7K使用的技術稱為“激光冷卻。

這種方法，其中一道激光衝著原子，擊中他們的頭部，並顯著減緩下來。銣原子進一步冷卻，在一個“光學糖蜜‘’ 六激光器所產生的交點。最慢的，最低溫的原子被困在磁場而更快地移動，“熱”原子逃了出來，從而將更多的能量從氣體去除。

根據這些條件，俘獲的原子的動能幾乎為零，佔極低的氣體溫度。在這一點上的銣原子形成冷凝物，就像愛因斯坦所預言。雖然這BEC是肉眼看不到（僅測量5x10-3厘米直徑），科學家們能捕捉到它的形象在電腦屏幕上由另一個激光聚焦15秒的，但是那是足夠長的時間來記錄它的存在。根據這些條件，俘獲的原子的動能幾乎為零，佔極低的氣體溫度。在這一點上的銣原子形成冷凝物，就像愛因斯坦所預言。雖然這BEC是肉眼看不到（僅測量5x10-3厘米直徑），科學家們能捕捉到它的形象在電腦屏幕上由另一個激光聚焦15秒的，但是那是足夠長的時間來記錄它的存在。

A.原子交互作用 從BEC實驗結果，可以了解陷阱中的原子間具有交互作用而非理想氣體。這種Bose氣體在1940和1960年代均有探討，Gross-pitaevskii方程式描述巨觀的物質態，Bogoliubov理論則描述其量子起伏；在低溫（非0K）下的探討，提供了研究作用性多體物理的理想對象。

B.BEC的長成 原子氣體如何形成長距相干性及進入最低能階是一個有趣的過程，完整的理論必須涵蓋凝聚及激發兩部份。尤其可利用外加磁場來調變原子間的作用力，使這方面的研究非常有興趣

C、激發與聲波 理想氣體如果在BEC的密度和溫度狀況下，局部性的密度微擾將因擴散而消失，除非擾動的範圍大過質點的平均自由路徑；但在BEC中，同樣的密度擾動，由於散射將把原子激發到高能態所以產生的壓力可以支持密度波（第零聲），其波長將小於平均自由路徑。稍早對這類集體激發著重於振動的外型及衰減，最近較注重非線性現象。

D、稀薄氣體之超流 超流是指物質流動時無阻力，液態氦的超流性於1938年發現，雖然London 當時及把超流和BEC關聯起來，但實驗到數十年後才證實之；對於稀薄氣體則是先達成BEC，過了好幾年後，才了解這一小團氣體的超流性。

E、多成分之BEC 將不同種類原子（boson、 fermion 都有）混在一齊冷卻至低溫，是許多目前正在進行的實驗。相互混合程度，超流性質，BEC結構，自旋，磁性等都非常有趣。

F、低維度BEC 低維度系統常常增加其量子特性,理想bose 氣體在一維系統不會凝聚，但在目前超冷氣體中，原子數目有限，原子間又有交互作用而非理想氣體，因此在低溫下之BEC有其物理意義。其臨界溫度，凝聚結構等等都是很值得研究的問題。

圖中顯示的Rb原子在該溫度下的麥克斯韋速度分佈。顏色表示具有由兩個水平軸速度指定的原子的數目，藍色和白色的部分表示已合併形成BEC的原子。圖中顯示的Rb原子在該溫度下的麥克斯韋速度分佈。顏色表示具有由兩個水平軸速度指定的原子的數目，藍色和白色的部分表示已合併形成BEC的原子。

科羅拉多隊的發現幾週內，一組在萊斯大學的科學家，使用類似的技術，成功生產與鋰原子BEC和在1998年在馬薩諸塞州技術研究所的科學家能夠生產從那時起與氫原子BEC，許多已經取得進展，了解BEC一般實驗正在擴展到分子系統，預計BEC研究將揭示原子屬性都還沒有完全理解（可參考課本中第七章）超導機制的（見行動作文的題目在課本第11章中的化學成分）。一個額外的好處可能是更好的激光器的發展，其他的應用程序將取決於BEC本身進一步研究，發現新的物質形態，但已經是二十世紀最重要的科學成就之一。科羅拉多隊的發現幾週內，一組在萊斯大學的科學家，使用類似的技術，成功生產與鋰原子BEC和在1998年在馬薩諸塞州技術研究所的科學家能夠生產從那時起與氫原子BEC，許多已經取得進展，了解BEC一般實驗正在擴展到分子系統，預計BEC研究將揭示原子屬性都還沒有完全理解（可參考課本中第七章）超導機制的（見行動作文的題目在課本第11章中的化學成分）。一個額外的好處可能是更好的激光器的發展，其他的應用程序將取決於BEC本身進一步研究，發現新的物質形態，但已經是二十世紀最重要的科學成就之一。

銣原子約1.7×10-7 K.the中心（零）的速度從麥克斯韋速度分佈向外沿兩個軸，紅色代表最低數量的銣原子與白色最高。在白色的區域的平均速度大約是0.5毫米/秒出自:http://legacy.jyi.org/news/nb.php?id=1408

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