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发表于 2023-1-17 09:40:43
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我认为最让人难以置信的,是单个原子的照片:
仔细看,上图中,两个金属柱中间的区域,在黑色的部分中间,有一个暗淡的光点,那是来自于一个锶原子发出的光。
这张照片的拍摄是在真空中利用强磁场将一个锶原子束缚在一个势阱之中,然后利用激光将锶原子冷却。在激光冷却锶原子的过程中,锶原子会在吸收一定频率的光后从原子的基态提升到激发态,然后又迅速的从激发态回落到基态。而在向基态回落的过程中,锶原子会均匀的向四面八方发出特定频率的光。用一台照相机对这个原子长曝光拍摄,就能得到这样一张单原子的照片。
那么,激光为什么可以冷却原子?这是因为多普勒效应在起作用。由于原子中的电子是存在能级的,这导致原子只能吸收特定频率的光。如果射向锶原子的激光的频率略低于锶原子能够吸收的光的频率,那么,就只有当锶原子向着激光发射的方向以一定的速度运动时,由于多普勒效应的作用,在原子看来,激光的频率就会有略微的提高,才能达到满足被吸收条件的频率,此时锶原子才能够吸收掉这个激光中的光子。然而,光子是带有动量的,当锶原子吸收掉带有方向与自身运动方向相反的动量的光子后,其自身的运动速度就会下降,同时从基态提升到激发态。而锶原子从激发态回落到基态时,是会随机向各个方向发出光子的,所以从统计上来看,锶原子就被激光降速,也就是被冷却了。 |
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