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事实上,这更像是一个“绝缘体”
,因为所有的原子都没有动。
通过调节光的强度,可以探究原子从完全自由流动到完全不流动的有趣过渡。
在量子力学的环境中实现对原子的控制,这使得科学家们能够探究与其他类型的材料(例如固态金属氧化物)相关的物质的新特性。
尽管在这些材料上,我们很难实现同等精确度的控制和测量。
现在我们可以观察到,冷原子气体[6]位于“鸡蛋托盒”
中的单个原子,并观察当周围环境发生变化时它们会有怎样的反应。
我们可以用许多不同类型的原子来探究这种低温状态,并且利用光来构造复杂的俘获结构。
当前的一个研究领域是利用冷原子来“模拟”
其他量子系统。
利用这种方法可以研究其他方法无法解决的复杂问题,促进我们对材料和结构产生新的理解,从而产生新的影响。
这也许可以帮助我们理解甚至是设计出新的磁铁,可用于计算机数据存储、医疗的核磁共振成像设备,甚至用于悬浮列车的无摩擦发动机。
超快
光脉冲可以非常短。
在第5章中,我说过它们可以和光学场的单个周期一样短。
光谱中的可见光,其光脉冲大约会持续2飞秒。
对于波长较短、频率较高的极紫外(extremeultraviolet,缩写为EUV)区,其光脉冲持续的时间更短。
目前测量到的最短光脉冲的持续时间小于100阿秒(10-18秒)。
这些脉冲是目前可以受控产生的最短脉冲(尽管我们可以通过粒子对撞机观察到发生在更短时间尺度上的事件)。
随着在X射线波段中出现了光的爆发,我们甚至可以期待产生持续时间更短的光脉冲。
这些数字简直小得让人难以置信,因此有必要选取一些参照物来帮助我们理解。
宇宙的年龄是5×1017秒,因此1秒和宇宙年龄的比值大约等于1阿秒和1秒的比值。
或者从经济学的角度来看,如果美国的国债总量相当于1秒钟,那么1飞秒就相当于1美分。
在这个尺度上,1阿秒几乎是没价值的。
在这个时间尺度上能发生什么事情呢?在第4章中我介绍了一个简单的原子模型,叫做玻尔模型。
在这个模型中,电子受到电力的吸引而“环绕”
原子核运动,就像行星受到万有引力的牵引绕太阳运动一样。
对于简单原子(只有几个电子的原子)而言,电子绕轨道运行一周所需的时间约为150阿秒。
如果我们想观察电子的运动,需要使用比150阿秒更短的光脉冲,才能使图像不致模糊。
频闪仪是与该话题最相关的一个设备。
目前,研究人员已经使用了一种频闪仪的变体来观察原子和分子在基本微观层面上发生的迅速变化。
在此应用中,一束激光的光脉冲被分为两个(或更多)部分,并在这两个部分之间引入一个延迟。
其中,第一个脉冲先发射并照亮样品,其中一部分被样品吸收了。
这“触发”
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