绝对零度下原子激光的反应 _激光器

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江苏激光联盟导读：
原子激光产生类似于光的反射图案。
最近，华盛顿州立大学的科学家们开发了一种技术，通过在冷原子激光器的路径上放置吸引或排斥的障碍物，来观察这些物质波的焦散现象。结果发现，当冷却到几乎绝对零度时，原子不仅像光一样以波的形式移动，而且还可以聚焦成焦散的形状，类似于光在游泳池底部或通过弯曲的葡萄酒杯产生的反射或折射图案。

当原子激光器遇到障碍物时，从上到下流动时会产生“腐蚀性” ，这是一种折射模式，就像光经常产生的那样。来源：Washington State University

他们的研究成果发布在《Nature Communications》杂志上。虽然这是一项基础性研究，但这些焦散线在高精度测量或计时设备（如干涉仪和原子钟）方面有潜在的应用。

原子激光器中两个排斥势的焦散网络。
【绝对零度下原子激光的反应】PeterEngels是华盛顿州立大学扬特分校的杰出教授，也是该论文的资深作者，他说:“这是一个美妙的演示，展示了我们如何操纵物质波，就像如何操纵光一样。原子被重力加速，因此，我们可以模拟光很难看到的效果。此外，由于原子会对许多不同的事物做出反应，我们可能会利用这一点开发出特别擅长检测磁场、电场梯度或重力的新型传感器。 ”
实验设置。来自87Rb BEC(红色)的原子与偶极阱(栗色)相干耦合，形成原子激光器。在重力和外部磁场梯度的共同作用下，原子向下加速。加速流遇到由额外的激光(蓝色)产生的势能。在这种描述中，电势是原子排斥的。利用CCD相机的吸收成像技术对流体剖面进行成像。
为了达到这些效果，科学家们首先必须创造出地球上最冷的地方之一，他们能够在华盛顿州立大学的基础量子物理实验室完成这一任务。 Engels和他的同事们利用光学激光器从真空室中的原子云中提取能量，将其冷却到接近绝对零度(?273.15摄氏度或?459.67华氏度) 。
这种极冷的状态使原子的量子力学行为与我们所熟悉的自然规律截然不同。在这些条件下，原子不像物质的粒子那样运动，而是像波一样运动。由这些原子形成的云被称为Bose-Einstei凝聚，以最先预测这种物质状态的Albert Einstein和 Satyendra Nath Bose两位理论学家命名。
在探索这些凝析物的过程中，华盛顿州立大学的研究人员创造了一种冷原子激光器，这意味着这些波状原子开始排成一列并一起移动。
数值模拟与可视化。 xi∈0 ~ 80 μm的50条轨迹在x1/2i中均匀间隔的数值结果强调了散射，叠加在实验数据上。使用了反色方案来绘制实验图像。对应的图，垂直时间轴为坐标系(g)的5倍。这些数字是为单个排斥(ab e f)或吸引(c d g h)势生成的，能量比在每个面板的顶部标明。
“光激光器是一种准直的、相干的光子流，我们基本上是用原子来做的。 “Maren Mossman说。他是论文的第一作者，是华盛顿州立大学的博士后研究员，现在是圣地亚哥大学的Clare Boothe Luce物理学助理教授。 “原子在一起运动，表现为一个物体。所以，我们决定看看如果我们戳这个会发生什么。 ”
在这项研究中，研究人员通过在原子激光器的路径上放置光学障碍物来“戳”它，本质上是将特定波长的激光照射到加速的原子流上。一种障碍类型排斥原子，使焦散呈向下折叠的形状;另一种吸引了它们，使焦散呈向上的尖状。

流体跟踪在排斥或吸引势存在时的流体跟踪。
研究人员说，该系统也非常可调，这意味着他们可以改变原子加速的速度。 Engels说:“原子激光器中的焦散现象从来没有真正研究过。 ”
来源：Gravitational caustics in an atom laser NatureCommunications (2021).DOI:10.1038/s41467-021-27555-3

绝对零度下原子激光的反应

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