物理学家说他们制造了一种可以“永远”工作的原子激光器

一项新的突破使物理学家能够创造出一束原子，其行为方式与激光相同，理论上可以“永远”持续下去。

这最终可能意味着该技术正在走向实际应用，尽管仍然存在重大限制。

然而，对于所谓的“原子激光器”来说，这是向前迈出的一大步——一种由原子组成的单光束，有朝一日可用于测试基本物理常数和微工程技术。

玉米激光已经出现了一分钟。 第一个原子激光器是由麻省理工学院的一个团队创造的 1996 年的物理学家. 这个概念似乎很简单：就像传统的基于光的激光器由与波同步移动的光子组成一样，由原子制成的激光器在混合成光束之前需要它们的波状特性对齐。

然而，与科学中的许多事物一样，形象化概念比感知更容易。 在激光原子根是 物质的状态 叫 玻色-爱因斯坦电容，或 BEC。

BEC 是由云冷却产生的 玻色子 到绝对零以上的一小部分。 在如此低的温度下，原子会下沉到可能的最低能量状态而不会完全停止。

当它们达到这些较低的能量时，粒子的量子特性不会相互干扰； 它们彼此靠得足够近以引起某种干扰，从而产生高密度的原子云，其行为类似于单个“超级原子”或物质波。

但是，BEC 有点矛盾。 它非常脆弱。 即使是光也能破坏 BEC。 鉴于 BEC 中的原子是 由光学激光冷却，这通常意味着 BEC 的存在逐渐消失。

迄今为止，科学家们成功实现的原子激光是脉冲的，不是通用的； 它只涉及在需要创建新的 BEC 之前触发一个脉冲。

为了创建一个连续的 BEC，荷兰阿姆斯特丹大学的一组研究人员意识到需要改变一些东西。

“在以前的实验中，原子的逐渐冷却是在一个地方完成的。在我们的设置中，我们决定不随着时间的推移，而是在空间中传播冷却步骤：我们让原子随着它们通过连续的冷却步骤而移动，” 物理学家弗洛里安·施雷克解释说.

“最终，超冷原子到达了实验的核心，在那里它们可以用来在 BEC 中形成连贯的物质波。但是在使用这些原子的同时，新原子已经在补充 BEC 的路上。在通过这种方式，我们可以让这个过程继续进行——基本上是永远。”

这个“实验的核心”是保护 BEC 免受光照的陷阱，一个可以在整个实验过程中不断补充的水箱。

然而，保护 BEC 免受来自冷却激光器的光的影响，虽然理论上很简单，但在实践中又更加困难。 不仅有技术障碍，还有官僚和行政障碍。

“在 2013 年搬到阿姆斯特丹时，我们从信仰的飞跃开始，借了钱，一个空房间，以及一个资金充足的个人赠款团队，” 物理学家Chun Chia-chen 说：，谁领导了搜索。

“六年后，在 2019 年圣诞节的凌晨，实验终于达到了目标。我们有了增加额外的激光束来解决最后一个技术问题的想法，我们拍摄的每张照片都立即显示 BEC ，第一个连续波 BEC。”

现在连续原子激光的第一部分——“连续原子”部分——已经实现，团队表示下一步是保持稳定的原子束。 他们可以通过将原子移动到无约束状态来实现这一点，从而提取扩散物质波。

他们说他们使用了锶原子，这是 BEC 的一种流行选择，这种可能性开辟了令人兴奋的机会。 锶 BEC 的原子干涉测量可用于，例如，研究相对论和量子力学，或检测 引力波.

“我们的实验是具有全反射腔镜的连续波光学激光器的材料波模拟，” 研究人员在他们的论文中写道.

“这种原理验证演示提供了一种新的、迄今为止缺失的原子光学器件，能够构建相干连续波器件。”

搜索发表于 脾气本性.