奧塔哥大學(xué)物理學(xué)家首次將單個(gè)原子“固定”在原位，并觀察到了以前未見(jiàn)過(guò)的復(fù)雜原子相互作用。在奧塔哥大學(xué)物理系組裝了無(wú)數(shù)的設(shè)備，包括激光、鏡子、真空室和顯微鏡，加上大量的時(shí)間、精力和專業(yè)知識(shí)，提供了研究這個(gè)量子過(guò)程必要條件，到目前為止，人們只能通過(guò)涉及大量原子的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)平均來(lái)了解這個(gè)量子過(guò)程，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，其研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上。

該實(shí)驗(yàn)提供了一種以前從未見(jiàn)過(guò)的微觀世界視角，結(jié)果令研究人員感到驚訝。奧塔哥大學(xué)物理系副教授米克爾·F·安德森表示：我們的方法包括在超真空室中使用高度聚焦的激光束，將三個(gè)原子單獨(dú)捕獲并冷卻到開(kāi)爾文(Kelvin)的百萬(wàn)分之一溫度，慢慢地將包含原子的陷阱結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生了測(cè)量的受控相互作用。當(dāng)這三個(gè)原子相互靠近時(shí)，兩個(gè)原子形成一個(gè)分子，它們都會(huì)受到這個(gè)過(guò)程中釋放能量的“踢”。

而顯微鏡相機(jī)可以放大和觀察這一過(guò)程，帶頭進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的博士后研究員馬文·韋蘭(Marvin Weeland)表示：僅有兩個(gè)原子不能形成一個(gè)分子，至少需要三個(gè)原子才能形成化學(xué)，本研究是第一次孤立地研究這一基本過(guò)程，結(jié)果證明，出了幾個(gè)令人驚訝的結(jié)果，這是之前在大原子云中進(jìn)行測(cè)量時(shí)沒(méi)有預(yù)料到的。例如，研究人員能夠看到單個(gè)過(guò)程的確切結(jié)果，并觀察到一個(gè)新的過(guò)程，其中兩個(gè)原子一起離開(kāi)實(shí)驗(yàn)。

到目前為止，在許多原子的實(shí)驗(yàn)中，還不可能觀察到這種程度的細(xì)節(jié)。通過(guò)在分子水平上的研究，現(xiàn)在更多地了解了原子是如何相互碰撞和反應(yīng)的。隨著發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)可以提供一種方法來(lái)構(gòu)建和控制特定化學(xué)物質(zhì)的單分子。

量子物理學(xué)以外的人，可能很難理解這項(xiàng)技術(shù)和細(xì)節(jié)水平，但研究人員相信，這門(mén)科學(xué)的應(yīng)用，將有助于未來(lái)量子技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)可能會(huì)像使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)的早期量子技術(shù)一樣對(duì)社會(huì)產(chǎn)生影響。

在過(guò)去幾十年里，對(duì)能夠在越來(lái)越小規(guī)模上建造的研究推動(dòng)了大部分技術(shù)發(fā)展。例如，這是今天的手機(jī)比20世紀(jì)80年代“超級(jí)”計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的計(jì)算能力。本研究試圖為能夠在盡可能小的規(guī)模，即原子尺度上建造建筑鋪平道路，這些發(fā)現(xiàn)將如何影響未來(lái)的技術(shù)進(jìn)步，甚是令人期待！

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與其他實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相比，形成分子所需的時(shí)間比預(yù)期要長(zhǎng)得多，目前這些實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算不足以解釋這一現(xiàn)象。雖然研究人員提出了可能解釋這種差異的機(jī)制，但也強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)量子力學(xué)這一領(lǐng)域進(jìn)一步理論發(fā)展的必要性。

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博科園｜研究/來(lái)自：奧塔哥大學(xué)

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.073401

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