由弗萊堡大學(xué)物理研究所原子與量子物理學(xué)教授Tobias Schätz教授、Pascal Weckesser博士、Fabian Thielemann領(lǐng)導(dǎo)的團隊及其同事證明了在接近絕對零溫度下單個鋇離子和鋰原子之間的 Feshbach 共振。研究人員發(fā)現(xiàn)，根據(jù)外部磁場的強度，可以控制離子和原子的膨脹。“在這些超低溫下，粒子之間的碰撞揭示了它們的量子力學(xué)性質(zhì)，”Schätz 解釋說。“我們的研究表明，我們正在更多地了解控制波粒二象性量子力學(xué)特性的可能性。”該小組在《自然》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
量子效應(yīng)在超低溫下占主導(dǎo)地位
在經(jīng)典物理學(xué)中，原子和離子的分子形成通常會隨著溫度的降低而減慢，直到最終變得如此寒冷，以至于單個粒子靜止不動，不會發(fā)生碰撞或反應(yīng)。然而，量子物理定律預(yù)測，在超低溫下，量子效應(yīng)占主導(dǎo)地位，而不是經(jīng)典定律，原子和離子的碰撞突然遵循不同的規(guī)則。在所謂的波粒二象性盛行的量子領(lǐng)域中，超冷溫度——剛好在 -273.15 攝氏度的絕對零以上——導(dǎo)致碰撞率增加。原因是粒子不能再被描述為碰撞的球體，而是可以像水波一樣疊加、放大或相互抵消的波包。
盡管相互作用更強，但 Feshbach 共振
波的疊加會引起共振，弗萊堡的研究人員對此進行了研究。“除其他外，我們通過在磁場的幫助下控制它們的相互作用過程，發(fā)現(xiàn)了鋇離子和鋰原子之間的 Feshbach 共振，”Schätz 說。Feshbach 共振先前已在慢原子的碰撞中得到證實。然而，由于離子電荷，研究小組現(xiàn)在能夠在一種明顯不同的強相互作用機制中做到這一點。除了磁場之外，科學(xué)家們還在實驗室中使用超高真空和光籠來隔離激光冷卻的原子和離子。
“量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究現(xiàn)在越來越多地離開實驗室，進入現(xiàn)實世界。通過在實驗室中研究理想條件下的影響，我們可以更好地了解它們并以可控的、廣泛的方式使用它們——好奇心驅(qū)動，從控制和提高化學(xué)反應(yīng)效率的角度出發(fā)，直到找到新的方法固體中的電荷流動，”Schätz 說。
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