大家好，這里是老上光顯微鏡知識(shí)課堂，在這里你可以學(xué)到所有關(guān)于顯微鏡知識(shí)，好的，請(qǐng)看下面文章： 想象一個(gè)棋盤，我們在它的垂直和水平線的361個(gè)交點(diǎn)上做一個(gè)凹痕，然后把同樣的綠豆撒在棋盤上。為了記錄哪些坑被占據(jù)，哪些沒有被占，更好的方法是拍照。新的顯微鏡觀察報(bào)告。這里涉及到約1000個(gè)超冷費(fèi)米原子。在多光束激光配對(duì)中，光學(xué)晶格由干涉形成，每個(gè)晶格相當(dāng)于原子勢阱，類似于板上交叉點(diǎn)的凹坑。
    
     最近，馬薩諸塞理工學(xué)院的一組物理學(xué)家研制出一種用于拍攝超冷鉀-40原子的顯微成像裝置。該小組使用激光束捕獲光學(xué)晶格中的鉀原子云，然后在成像時(shí)冷卻這些原子。這項(xiàng)新技術(shù)使得研究人員能夠清楚地區(qū)分單個(gè)的費(fèi)米原子，直接觀察它們的磁相互作用，甚至探測到系綜中的糾纏。
    
     費(fèi)米子指的是一類具有半整數(shù)自旋的粒子。此外，受泡利不相容原理的限制，沒有兩個(gè)完全相同的費(fèi)米子可以同時(shí)占據(jù)單個(gè)量子態(tài)。費(fèi)米子包含許多基本粒子，如夸克、電子、質(zhì)子和中子。離子，也可以是費(fèi)米原子，即電子、質(zhì)子和中子的總數(shù)是奇數(shù)個(gè)原子。因此，費(fèi)米子的集體行為負(fù)責(zé)元素周期表中的結(jié)構(gòu)，也負(fù)責(zé)高溫超導(dǎo)體巨磁體的結(jié)構(gòu)。電阻材料、核材料特性等等。盡管它們很重要，我們?nèi)匀粵]有完整地描述強(qiáng)相互作用的費(fèi)米粒子系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兒茈y被成像和研究。
    
     研究人員研究了偶數(shù)電子、質(zhì)子和中子的超冷玻色原子。玻色原子具有整數(shù)全自旋，可以同時(shí)占據(jù)單個(gè)量子態(tài)。具體地說，玻色原子間的相互作用可以通過冷卻玻色原子云來研究。到接近零度的超低溫，形成所謂的玻色-愛因斯坦凝聚。
    
     然而，費(fèi)米原子做同樣的事情并不容易。不相容性原理不允許兩個(gè)費(fèi)米原子處于相同的量子態(tài)。因此，隨著越來越多的費(fèi)米子加入到系統(tǒng)中，每個(gè)費(fèi)米子被迫攀升到越來越高的能級(jí)，這使得冷卻變得困難。此外，超冷原子容易受到干擾。對(duì)于單光子，很難在很長時(shí)間內(nèi)限制費(fèi)米原子的位置并獲得清晰的圖像。
    
     為了解決這個(gè)問題，勞倫斯·丘克、馬丁·茲維爾萊恩和麻省理工學(xué)院的同事們開發(fā)了一種顯微技術(shù)用于成像超冷費(fèi)米原子。他們使用一組激光器來完成冷卻原子和原子成像兩個(gè)任務(wù)。所有費(fèi)米原子都冷卻到非常接近零。此時(shí)，原子被捕獲在光學(xué)晶格勢阱中，從而防止相鄰費(fèi)米原子之間的任何接觸和相互作用。
    
     光學(xué)晶格由交錯(cuò)的激光束組成，顯微鏡成像的透鏡只有7米，費(fèi)米原子被捕獲在光學(xué)晶格的陷阱中，就像綠豆被撒在棋盤上那樣，上面有洞。
    
     接下來，使用兩個(gè)具有不同波長的激光束進(jìn)一步冷卻原子。這種方法利用拉曼躍遷：一個(gè)特定的原子吸收一個(gè)光子，然后立即被激發(fā)以稍高的頻率發(fā)射另一個(gè)光子。在這個(gè)過程中，原子的能量狀態(tài)。由于吸收光子和發(fā)射光子的頻率不同，每個(gè)原子下降一個(gè)振動(dòng)能級(jí)。在顯微成像過程中，每個(gè)原子的位置取決于對(duì)應(yīng)的激發(fā)光子來自哪個(gè)晶格。晶格具有受激發(fā)射，這意味著冷卻。這些被激發(fā)的光子被顯微鏡透鏡接收，研究小組能夠以比光波長更好的精度檢測費(fèi)米原子在光學(xué)晶格中的位置。
    
     使用這種方法，Zwierlein和他的同事能夠冷卻超過95%的加載的鉀-40氣體云原子，然后想象它們。研究小組驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使在成像完成之后，費(fèi)米原子仍然非常冷。Zwierlein說，鉀原子是40個(gè)原子，也許我可以用Chu的光鑷子把它們移動(dòng)到任何地方，然后把它們排列成任何我喜歡的圖案。
    
     為了確保他們的實(shí)驗(yàn)不會(huì)受到任何光輔助的損失，研究人員觀察了原子在連續(xù)圖像之間的位置變化，并觀察了晶格中原子分布的統(tǒng)計(jì)數(shù)字。原子數(shù)的顯著性。
    
     美國大學(xué)聯(lián)盟的物理學(xué)家查德·奧爾澤爾沒有參與這項(xiàng)工作。他說，研究結(jié)果令人印象深刻，因?yàn)樗鼈冮_辟了從費(fèi)米原子構(gòu)建一系列凝聚態(tài)物質(zhì)模擬物的可能性。超導(dǎo)體模擬；在超導(dǎo)體中電子配對(duì)之后，它的行為像玻色子；但是晶格中的費(fèi)米系統(tǒng)更像普通導(dǎo)體，其中電子受到泡利不相容性原理的限制，你可以看到其他有趣的行為；你也可以合作使用光場來處理原子之間的相互作用，并以一種有趣的方式監(jiān)視粒子如何移動(dòng)。
    
     Chad Orzel告訴.sworld.com：Zwierlein的工作是對(duì)冷原子實(shí)驗(yàn)室工具包的一個(gè)很好的補(bǔ)充；因?yàn)樵颖┞对谕哥R中用于直接成像，所以您可以自由地改變參數(shù)，而不必制作整個(gè)新樣品。
    
    
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