2019-06-03 21:50:02
使用激光冷却制备3D玻色 爱因斯坦凝聚物的方法

麻省理工学院哈佛中心的超冷原子研究人员和电子研究实验室的研究人员提出了一种仅使用激光冷却生产3-D玻色 - 爱因斯坦凝聚体的新方法。在他们的物理评论快报中的研究中,他们展示了他们的技术在生产玻色 - 爱因斯坦凝聚体方面的功效,实现了与有效反冲温度相当的温度。

在过去的物理学研究中,直接激光冷却的玻色 - 爱因斯坦凝聚(BEC)是一个经常被追求但却难以实现的目标。它首先是由获得诺贝尔激光冷却奖的Steven Chu和1995年左右的Mark Kasevich获得的,后者当时没有成功。由Carl Wieman和Eric Cornell以及所有诺贝尔经济学奖获得者Wolfgang Ketterle领导的其他团体成功地使用蒸发冷却来实现BEC。最终,大多数研究人员放弃了尝试单独使用激光冷却来生产BEC,直到这项开创性的新研究。

“几年前,我已经知道如何通过使用特定的激光频率来减少原子激光冷却的主要障碍,光诱导的原子分子形成,”VladanVuletić,其中一位研究人员这项研究告诉Phys.org。 “与通过蒸发冷却相比,激光冷却有可能更快,更有效,从而减少了对实验装置的限制。”

激光冷却原子需要仔细定位一组激光并调整它们以通过用光子踢它们来减慢原子的运动。这种技术通常用于产生冷原子云,但是使用它来创建具有足够高的BEC密度的冷原子样本到目前为止证明是非常具有挑战性的。其中一个关键原因是激光可以将相邻原子光耦合成分子,然后离开原子阱。

“我们发现,我们可以通过故意选择泵浦激光的能量来大大减少原子损失,从而使形成分子所需的能量不匹配,”Vuletić解释说。 “结合精心优化的所谓拉曼冷却序列(首先由Chu和Kasevich展示),这使我们能够产生一团冷原子,其密度足够高,可在约一秒的冷却时间内产生中等大小的BEC。 “

在他们的研究中,Vuletić和他的同事将原子捕获在交叉光学偶极阱中,并使用拉曼冷却对其进行冷却,使用远离谐振光泵浦光来减少原子损失和加热。该技术允许它们达到显着低于有效反冲温度(与光子的反冲动量相关的温度标度)的温度,其时间尺度比典型的蒸发时标快10至50倍。

“这种BEC的快速生产已经与最好的蒸发技术相提并论,这些技术针对速度进行了优化,突出了新激光冷却技术的潜力,”Vuletić说。 “我们的激光冷却方法应该适用于未来的其他原子种类,以及分子的冷却。我们更快的方法产生更好的信噪比,并使新的实验能够研究难以执行的量子气体之前。”

Vuletić及其同事介绍的新方法可能对未来的物理研究产生许多影响。例如,它可以在包括费米子在内的各种系统中快速生产量子简并气体。在他们目前的工作中,研究人员正在利用他们的系统来研究具有吸引力相互作用的一维量子气体,理论上这应该会坍塌,而是通过量子压力来稳定。

“将来,我们希望将相同的技术应用于费米子原子,”Vuletić说。 “费米子原子不会凝聚,而是相互避开,而是在低温下形成所谓的量子简并费米气体。这种系统可用于研究固态系统中的电子(也是费米子),例如顺序了解磁性和高温超导性的本质。“

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