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Super Cold Atoms 超冷原子. 4A240057 呂宗育、 4A240058 王 昰 淳 4A240059 郭 岳 翰、 4A240061 洪品、 4A240062 張 詠 承、 4A240089 鄧 雋 岳、 4A240091 張祐誠. 超冷下的原子物理. 氣體 冷卻到接近 絕對零度 時,會發生 什麼 ? ? 85 年 前,科學家 測試,在極 低的溫度下硒化鎵項某些元素的原子會“合併”或“凝結”,形成一個單一的實體,一種新形式的物質 。.

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super cold atoms

Super Cold Atoms超冷原子

4A240057 呂宗育、4A240058王昰淳 4A240059郭岳翰、4A240061洪品、4A240062張詠承、4A240089 鄧雋岳、4A240091張祐誠

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超冷下的原子物理
  • 氣體冷卻到接近絕對零度時,會發生什麼??85年前,科學家測試,在極低的溫度下硒化鎵項某些元素的原子會“合併”或“凝結”,形成一個單一的實體,一種新形式的物質。
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不像普通的氣體,液體,固體,這種過冷的物質,它被命名為Bose-Einstein condensate(玻色-愛因斯坦凝聚)(BEC),將不包含單個原子,因為原來的原子會互相重疊,彼此之間不留空間。

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愛因斯坦的假說刺激導致BEC的努力。但是,因為有時會發生在科學,必要的技術是無法提供。愛因斯坦的假說刺激導致BEC的努力。但是,因為有時會發生在科學,必要的技術是無法提供。

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如果氣體密度較大,則碰撞效應亦大,在冷卻過程中,尚未到達BEC前就會因為熱平衡而凝結成凝體;如果氣體密度很小,則要達到極低的溫度。如果氣體密度較大,則碰撞效應亦大,在冷卻過程中,尚未到達BEC前就會因為熱平衡而凝結成凝體;如果氣體密度很小,則要達到極低的溫度。

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直到最近技術相當,和這麼早調查仍是無果而終,激光器,它使用流程基於另一個愛因斯坦的思想,也沒有設計專門為BEC的研究,但他們成為這項工作的關鍵工具。直到最近技術相當,和這麼早調查仍是無果而終,激光器,它使用流程基於另一個愛因斯坦的思想,也沒有設計專門為BEC的研究,但他們成為這項工作的關鍵工具。

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這種方法,其中一道激光衝著原子,擊中他們的頭部,並顯著減緩下來。銣原子進一步冷卻,在一個“光學糖蜜‘’ 六激光器所產生的交點。最慢的,最低溫的原子被困在磁場而更快地移動,“熱”原子逃了出來,從而將更多的能量從氣體去除。

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根據這些條件,俘獲的原子的動能幾乎為零,佔極低的氣體溫度。在這一點上的銣原子形成冷凝物,就像愛因斯坦所預言。雖然這BEC是肉眼看不到(僅測量5x10-3厘米直徑),科學家們能捕捉到它的形象在電腦屏幕上由另一個激光聚焦15秒的,但是那是足夠長的時間來記錄它的存在。根據這些條件,俘獲的原子的動能幾乎為零,佔極低的氣體溫度。在這一點上的銣原子形成冷凝物,就像愛因斯坦所預言。雖然這BEC是肉眼看不到(僅測量5x10-3厘米直徑),科學家們能捕捉到它的形象在電腦屏幕上由另一個激光聚焦15秒的,但是那是足夠長的時間來記錄它的存在。

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A.原子交互作用

從BEC實驗結果,可以了解陷阱中的原子間具有交互作用而非理想氣體。這種Bose氣體在1940和1960年代均有探討,Gross-pitaevskii方程式描述巨觀的物質態,Bogoliubov理論則描述其量子起伏;在低溫(非0K)下的探討,提供了研究作用性多體物理的理想對象。

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B.BEC的長成

原子氣體如何形成長距相干性及進入最低能階是一個有趣的過程,完整的理論必須涵蓋凝聚及激發兩部份。尤其可利用外加磁場來調變原子間的作用力,使這方面的研究非常有興趣

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C、激發與聲波

理想氣體如果在BEC的密度和溫度狀況下,局部性的密度微擾將因擴散而消失,除非擾動的範圍大過質點的平均自由路徑;但在BEC中,同樣的密度擾動,由於散射將把原子激發到高能態所以產生的壓力可以支持密度波(第零聲),其波長將小於平均自由路徑。稍早對這類集體激發著重於振動的外型及衰減,最近較注重非線性現象。

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D、稀薄氣體之超流

超流是指物質流動時無阻力,液態氦的超流性於1938年發現,雖然London 當時及把超流和BEC關聯起來,但實驗到數十年後才證實之;對於稀薄氣體則是先達成BEC,過了好幾年後,才了解這一小團氣體的超流性。

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E、多成分之BEC

將不同種類原子(boson、 fermion 都有)混在一齊冷卻至低溫,是許多目前正在進行的實驗。相互混合程度,超流性質,BEC結構,自旋,磁性等都非常有趣。

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F、低維度BEC

低維度系統常常增加其量子特性,理想bose 氣體在一維系統不會凝聚,但在目前超冷氣體中,原子數目有限,原子間又有交互作用而非理想氣體,因此在低溫下之BEC有其物理意義。其臨界溫度,凝聚結構等等都是很值得研究的問題。

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圖中顯示的Rb原子在該溫度下的麥克斯韋速度分佈。顏色表示具有由兩個水平軸速度指定的原子的數目,藍色和白色的部分表示已合併形成BEC的原子。圖中顯示的Rb原子在該溫度下的麥克斯韋速度分佈。顏色表示具有由兩個水平軸速度指定的原子的數目,藍色和白色的部分表示已合併形成BEC的原子。

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科羅拉多​​隊的發現幾週內,一組在萊斯大學的科學家,使用類似的技術,成功生產與鋰原子BEC和在1998年在馬薩諸塞州技術研究所的科學家能夠生產從那時起與氫原子BEC,許多已經取得進展,了解BEC一般實驗正在擴展到分子系統,預計BEC研究將揭示原子屬性都還沒有完全理解(可參考課本中第七章)超導機制的(見行動作文的題目在課本第11章中的化學成分)。一個額外的好處可能是更好的激光器的發展,其他的應用程序將取決於BEC本身進一步研究,發現新的物質形態,但已經是二十世紀最重要的科學成就之一。科羅拉多​​隊的發現幾週內,一組在萊斯大學的科學家,使用類似的技術,成功生產與鋰原子BEC和在1998年在馬薩諸塞州技術研究所的科學家能夠生產從那時起與氫原子BEC,許多已經取得進展,了解BEC一般實驗正在擴展到分子系統,預計BEC研究將揭示原子屬性都還沒有完全理解(可參考課本中第七章)超導機制的(見行動作文的題目在課本第11章中的化學成分)。一個額外的好處可能是更好的激光器的發展,其他的應用程序將取決於BEC本身進一步研究,發現新的物質形態,但已經是二十世紀最重要的科學成就之一。

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銣原子約1.7×10-7 K.the中心(零)的速度從麥克斯韋速度分佈向外沿兩個軸,紅色代表最低數量的銣原子與白色最高。在白色的區域的平均速度大約是0.5毫米/秒

出自:http://legacy.jyi.org/news/nb.php?id=1408