4.激光力構造相幹物質波我們知道,光具有波動性和粒子性兩種性質。(1 / 2)

激光與普通光不一樣,激光大部分光子處於同一個量子態的相幹光子,它們以相同的方向傳播,光波的頻率相同,並且是相幹光波。玻色愛因斯坦凝聚的原子,它們是相幹原子,它們的物質波是相幹波,為了顯示這種特性,科學家設計了一個實驗。用波長589納米的激光束照射鈉原子玻色愛因斯坦凝聚物,把它“分割”成兩塊。因為波長589納米是鈉原子的共振吸收波長,那些吸收了激光能量後的鈉原子將離開。隨後撤去控製凝聚態的磁場,凝聚物受重力作用往下落,在下落過程中它們會逐步擴散展開,兩段凝聚物發生重疊。用光學成像方法觀察到,在重疊的區域出現清晰的幹涉條紋,證實進入凝聚態的原子有波動性,並且是相幹波。根據產生的幹涉條紋間隔,算出物質波的波長是30微米,是室溫時波長的40萬倍。所有處於玻色愛因斯坦凝聚的原子,它們的物質波也是相幹波,大部分原子處於相同狀態。

利用光的幹涉、衍射現象製造的計量儀器具有很高的測量精密度和探測靈敏度,在科學實驗和生產實踐中獲得廣泛應用。我們也知道,采用波長短的光波,可以提高光學儀器的測量精密度。比如采用電子波工作的顯微鏡(即電子顯微鏡),它的分辨率獲得萬倍提高。現在,為適應科學技術發展需要,以及現代工業生產發展需要,迫切需要進一步提高儀器的測量精密度。科學家預計,采用原子、分子的物質波製造的幹涉儀。分辨率將獲得比現有的光學幹涉儀器高億倍!比用電子或者中子做的測量儀器也高許多。所以原子物質波測量儀器將能夠協助科學家完成許多重要實驗測量,比如測量卡西米爾(Casimir)原子勢阱、玻色子轉動相位移、各類布拉格相位表現(比如原子在空間變化磁場中的表現)。也能夠大大地改善對諸如電子質子電荷的分辨率;可精確測量重力場的加速度和加速度的變化,這種變化與地下礦床的結構相關,因而原子幹涉儀可用於油井定位和礦床的勘探。原子幹涉儀旋轉時,可測量薩格納克效應(將同一光源發出的光束分成兩束,讓它們在一個環路內沿相反方向傳播一周後會合產生幹涉現象),它對角速度變化的靈敏度比光學陀螺要高兩個數量級,因而可製成精密的原子導航儀。特別是用以測量弱作用力的實驗,如研究原子的純荷電量、驗證廣義相對論和驗證量子力學等。玻色愛因斯坦凝聚的原子的相幹物質波,將為我們製造性能優異、結構不複雜,操作使用較方便的幹涉儀。

物質波的相幹性開拓了很多新的研究領域。玻色愛因斯坦凝聚是一個相幹物質波源,利用它可以進行原子激光的產生和放大。現在,科學家基於玻色愛因斯坦凝聚已經成功地製作了原子連續激光器和準連續原子激光器。它們輸出相幹原子束,極類似於激光的相幹光子。

激光與普通光不一樣,激光大部分光子處於同一個量子態的相幹光子,它們以相同的方向傳播,光波的頻率相同,並且是相幹光波。玻色愛因斯坦凝聚的原子,它們是相幹原子,它們的物質波是相幹波,為了顯示這種特性,科學家設計了一個實驗。用波長589納米的激光束照射鈉原子玻色愛因斯坦凝聚物,把它“分割”成兩塊。因為波長589納米是鈉原子的共振吸收波長,那些吸收了激光能量後的鈉原子將離開。隨後撤去控製凝聚態的磁場,凝聚物受重力作用往下落,在下落過程中它們會逐步擴散展開,兩段凝聚物發生重疊。用光學成像方法觀察到,在重疊的區域出現清晰的幹涉條紋,證實進入凝聚態的原子有波動性,並且是相幹波。根據產生的幹涉條紋間隔,算出物質波的波長是30微米,是室溫時波長的40萬倍。所有處於玻色愛因斯坦凝聚的原子,它們的物質波也是相幹波,大部分原子處於相同狀態。