冷原子研究。
从字面就不难看出,这是指在超低温的条件下研究原子的工作。
高中化学没有挂科的同学应该知道。
原子的温度,最直接的反映是原子的速度。
也就是二者呈现正相关。
常温下。
原子运动速度是很快的,跟亚索似的滑来滑去,问号根本跟不上它们。
而要研究原子的物理性质,需要一个稳定的不会乱跑的单原子或者原子集团。
所以呢。
在研究原子的时候,就需要把原子冷却下来,也就是把它们给‘冻住’。
通常情况下,研究需要原子的温度在μK附近。
但是由于成本问题,很多时候并不需要整个实验装置都处于μK的温度下。
所以正常的做冷原子的课题组,都会使用激光来冷却原子。
也就是冷却很小的一块区域。
后世一些日料店也喜欢整这种活,不过他们不是冷却而是加热——把一块鲜牛肉的中间部位烤熟,其他部位都是生的,美其名曰炙心牛肉刺身。
这种吃法徐云倒是没多大偏见,但一片要五十多块钱就很挑战人智商的底线了.......
话题再回归原处。
目前冷却激光的原理大多都是多普勒冷却,原理较为复杂,此处就不多赘述了。
总之这玩意儿能把原子的温度降到很低很低。
但降温的最终结果只是给原子减速,原子虽然慢了下来,但它们依旧无序的散落在冷却区域的各处。
就像你圈定了很长一条的高速公路,让其中的车子都失去了动力停在原处,但想要研究这些车子,还需要把它们给聚集到一起才行。
所以这时候呢,就要上另一个技术手段了。
那就是磁-光囚禁阱。
磁-光囚禁阱简称磁光阱,代号MOT。
在《自然》杂志2019年评选出的百大微观实验中,磁光阱位列第58位,是一个非常非常精妙的实验设计。
它利用了磁场和光场,慢慢的将微粒变得可控可聚集起来。
MOT具体的方法是在z方向上安装一对反亥姆霍兹线圈,则在xy平面上是沿径向分布的磁场。
正中心磁场为0,在磁场不为0的地方,会产生塞曼分裂。
塞曼分裂的能级为ΔE=gμBBz/ℏ,而能级噼裂的大小与磁场大小有关,磁场大小与空间位置有关。
所以在存在MOT的情况下,二能级原子会受到一个Fmot的力。
此时施加两束对射的圆偏振光,当磁场正向时,相较于σ+的光,σ-的光失谐小,更接近与原子共振。
因此原子会沿着σ-的光传播方向移动到磁场接近0的位置。
磁场负向的地方则相反,最终还是会将原子推向磁场接近于0 的地方。
最终。
原子就会被囚禁在磁场为0的点上。
这个原理非常简单,也非常好理解。
MOT可以聚集很多的原子,一次大约可以聚集千万以上的量级,同时原子密度也会比较大,大概在10^9/cm^3左右。
就相当于有一辆铲车,把停在高速路上的所有汽车都‘推’到了一起。
当然了。
传统MOT的实验对象是原子,实验的时候加入的都是原子气体——没错,都是气体。(气态金属原子这概念不知道现在的课本上讲过没有,印象中应该是有的)
而与原子不同,徐云他们此次需要考虑的是孤点粒子。
二者无论是在体积还是难度上都无法同一而论,只是孤点粒子同样为电中性,所以孤点粒子是极少数可以用MOT原理进行凝聚的微粒。
不过说一千道一万,这终究只是理论上的可行性。
能不能成功将孤点粒子基态化,还需要看最终的实操环节。
“陆教授。”
操作台边,徐云正在和陆朝阳介绍着自己的实验思路:
“我的想法是这样的,首先,我们在束流通道的内部利用倏逝波构造出一个不均匀光强的光场。”
“接着呢,再根据光场分布,去铺设相同趋势的电场。”
“如此一来,每个点倏逝波产生偶极力的不同,便会让微粒不停的‘蹦跶’。”
“每‘蹦跶’一次,我们就略微降低囚禁电场,原子之间的静电斥力就会让带电微粒散开,外侧的粒子就会逃逸。”
“而孤点粒子,则由于没有静质量也没有带电性的原因,将会永久性的保存在通道内。”
徐云的这个方案用人话...用通俗点的话来说,就相对于现实里的抖簸箕。
铅离子碰撞后的微粒,就相当于掺杂了泥土、种子、虫子、杂草的混合物。
想要将它们分类,最好的办法就是抖簸箕。
只要设计好合适的孔洞大小,最终总是能抖出来你需要的东西——无外乎具体的力度和孔洞直径罢了。
当然了。
这种解释只是为了方便理解,对于陆朝阳这种业内人士来说,需要考虑的远远不止抖动那么简单。
只见他沉默片刻,抬头看向徐云:
“思路大致可行,但是小徐,我有一个问题啊。”
说着陆朝阳左右手各伸出一根食指,指尖对指尖碰了碰:
“你看,指尖和指尖接触,就好比是两道束流互相碰撞,这个环节不存在什么争论,但是.......”
随后陆朝阳将左手原本卷曲的大拇指伸平,和已经伸出的食指形成了一个等于号的姿势,接着两根手指的指面互相碰了碰:
“但是小徐,你有没有考虑过相同束流内....也就是运动方向相同的铅离子,可能因为电场原因而出现碰撞或者激发的情况呢?”
“如果内部重离子发生碰撞,那么后续的方向就不可控了。”
边上一位正在打下手的男生闻言,也颇为赞同的点了点头。
陆朝阳的疑问同样不难理解。
就好比在正面战场上,两支军队正在互相发射导弹,彼此导弹的轨迹都是射向的对方。
但若是在导弹飞行的途中,天地之间忽然额外多出了一股来自非运动方向的力,并且这股力大到了足以影响导弹的轨迹......
那么这样一来,就很可能会出现一种情况:
未碰到敌方导弹之前,己方导弹先一步被改变了线路,内部发生了碰撞。
这种碰撞的后果虽然同样属于爆炸,但显然没有任何价值——发射导弹的目的是为了杀伤敌人,而不是单纯的看烟花。
因此这种情况......
确实必须考虑在内。
否则整个实验就成笑话了,徐云的威信也会受到极大的影响。
不过徐云对这个情况显然早有准备,只见他拿起笔,很快在纸上写下了一个式子:
ψ∝exp(−|x|/x0)。
接着在式子下方画了一横,便不再说话。
看着这道式子,陆朝阳的眼中微微浮现出一丝错愕:
“这是......”
过了几秒。
他忽然哎呀了一声,重重一拍自己的额头:
“哎呀....你看看,我怎么把delta势阱给忘了,OKOK,小徐,那我没问题了。”
徐云脸上的表情没什么变化,不过微微翘起的嘴角,还是隐隐暴露出了他的内心小得意。
没错。
聪明的同学想必已经看出来了。
上头的那个公式,正是1维空间中单个原子束缚态的波函数。
根据这个波函数,可以很清晰的判断出一个情况:
当两个原子的距离小于两倍原子半径的时候,反对称态的能量E>0,对称态能量=0。
而自由电子的能量,同样也是0。
这就意味着在这个情况下,对称态已经不稳定了,电子可以飞到无穷远。
因此当两个铅离子靠近的时候,它们自然就会分解,而非发生碰撞。
也就是在这个时候,它们不能被看成是玻色子。
分解的能量和碰撞的能量,完全是两个不同的量级。
不过话说回来。
陆朝阳会出现这种误判和他的能力没多少关系,而是与实验涉及的方向有关。
粒子物理实验中其实是不包括玻色-爱因斯坦凝聚态相关的,二者某种意义上甚至可以说是两个极端。
如果不是孤点粒子的特殊性,陆朝阳平时压根不会接触这方面的内容。
所以他会出现一些思路上的错误倒也正常。
理越辨越明嘛。
随后徐云又和陆朝阳探讨了一些流程上的问题,无误后便开始了实验的布置。
冷原子的制取需要高量级的真空,一般都在1x10^-10mbar左右。
好在如今不是1850年,想要构筑出这样的一个真空环境还是不难的。
“唐飞博士。”
徐云看了眼手中的花名册,念出了一个人名:
“反亥姆霍兹线圈就麻烦你去布置了。”
徐云口中的唐飞是个三十岁出头的男子,带着一副金丝眼镜,留着一头短发,看上去很精干。
唐飞是整个项目组中年龄仅次于陆朝阳的成员,也是科大培养出来的博士生,现在是科大某研究所的新锐骨干。
其实以徐云现有的地位,他是请不到唐飞这样已经毕业工作并且能力不低的学长的。
只是恰好唐飞目前正处于提副研究员的关键期,需要一些曝光和成果来丰满履历。
于是便通过潘院士的介绍顺利入了徐云小组,让徐云捡了个漏。
并且今后即便分组,他也会跟着徐云来搞项目。
眼下得到徐云的指示,唐飞连忙表情一正:
“没问题,交给我吧。”(说件很好玩的事情,如果不是我校验的时候改了错别字,你们会看到‘嫁给我吧’......)
待唐飞离去后。
徐云继续下达了指示:
“李若安,你去负责射频场的调试。”
“收到!”
“杨堃博士,你去负责倏逝波。”
“明白!”
“张晗学姐,你负责观测波包——记得把参数设定到13.2的奇数倍。”
“好嘞!”
“叶纸学妹,你去点外卖,口味你定,不要芹菜和香菜。”
“OK!”
将任务分配完毕后。
徐云便和陆朝阳一起,在操作台等待了起来。
这年头为了保证项目组细化分工后能获得高效率的正反馈,很多项目组都逐渐开始配备了点差器:
这玩意儿大概有两个一块钱硬币那么大,上头有一个按钮和一个防误触开关。
完成任务后把防误触的开关解除,再按一下按钮,主显示台就会在对应的项目下方出现一个绿点,提示负责人XX块任务完成了。
据说...据说啊,燕京某大学的项目组还用上了穿山甲的语音包,魔性的不行。
徐云这次的课题组便配备了一套点差系统。
随着时间的推移。
徐云面前的七个光点逐渐由红开始变绿。
过了大概二十分钟左右。
所有光点尽数变成了绿色,一旁的陆朝阳打了个响指:
“OK,小徐,可以召唤七龙珠了。”
徐云:“........”
没去管身边这个逗比,徐云深吸一口气,通过主麦克风说道:
“各成员注意,现在即将开始孤点粒子的基态实验,倒计时三...二...一.....”
“开始!”
在说完开始的瞬间。
徐云便按下了主控台上的开关。
嗡嗡嗡——
一个量级密度比第一次还要小点的束流从束流管冲出。
并且与第一次不同的是。
在10^-12秒内,便有一道预置的倏逝波场笼罩住了它们。
休~
一股肉眼不可见的辐射压力出现。
与此同时。
第一波铅离子开始发生碰撞。
彭——
两颗铅离子如同肯尼迪的脑袋一样瞬间炸裂,各种东西从中飞出。
接着又过了10^-12秒。
反亥姆霍兹线圈通电,一道强度和倏逝波相同的磁场降临。
大量微粒开始失谐,一颗又一颗的飞出轨道。
飞出的粒子被引导着打到了靶材上,最终以电子或者光子的姿态落幕。
唯独只有几种电中性的基础粒子除外:
中微子、胶子、光子、希格斯粒子、Z玻色子。
这五种粒子要么是无法捕捉,要么捕捉难度很大,自己就会主动离开通道。
而除了基础粒子之外。
就剩下了其他一些电中性的复合粒子,种类极少。
比如由一个+2⁄3的上夸克,和两个−1⁄3电荷的下夸克组成的中子。
又比如X射线粒子。
其中X射线粒子的本质其实就是光子,可以不用管它。
中子则可以通过含硼聚乙烯吸收——这属于低量级的辐射俘获,不会发生核裂变.....
当一系列操作完成后。
通道之内还剩下了另一个不带电的复合粒子。
它叫做.......
Λ超子。
代号.......
4685。
.........。