冷原子物理new

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1、!""!#$%中国科学院院刊&"’#""""""#""学科发展""#""""""#冷原子物理!詹明生（武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室武汉!"##$%）摘要&#年前，人们通过物理实验方法获得了冷原子，今天超冷原子成为了多学科交叉的物理实验室，超低温物理、超低密度凝聚态物理、超低能碰撞物理、非线性与量子原子光学、量子信息处理、精密谱与量子频率标准等研究汇聚于此。文章介绍了相关研究进展、分析了院内外发展趋势并提出了发展建议。关键词冷原子物理，激光冷却，玻色1爱因斯坦凝聚，原子频标，量子信息对自然界规律的研

2、速度分布的宽度和平均速度。常温（>?@?*++-）下究和利用，取决于对自$0A9原子的平均速度为B@)()?,CD，当>@!!-时然控制的能力。在现代B@!E"?F,CD，而当>@!.-时，B@GEH?,,CD。因此，相物理学中，一个明显的对于室温或更高温的热原子而言，“冷原子”气体（>?发展趋势是尽力提高获I?/,-）的速度及速度分布宽度要低几个量级。“冷得纯量子体系和对其状原子”具有如下特性：J/6动能小，可用弱场（如磁场态进行操纵的能力。梯度、光场）操控，空间位置可高精度控制；K)LM’?温度是物质内部热3N8O:

3、P’波长大，原子的物质波波动性明显；K*L热运运动的量度，人类对世动小，光谱一级和二级Q8RR:’N加宽很小，有利于精界的认识随着温度的降密测量；K%L速度低，原子与光相互作用时间长。低而不断深入。如!"!!年的超导、!"#$年%&’超流利用冷原子这些特性所做的研究，有许多是用性、!"()年*&’的超流性的发现等。)+世纪$+年“热”原子难以进行研究的新的物理内容与现象。代激光冷却与囚禁技术使得气体原子的温度达到如：/""0年美国天体物理联合研究所（STUV，由科罗,-以下，大量有意义的物理与应用问题显露出来，拉多大学与

4、国家标准与技术研究院（7TW>）合建）成温度为!-的原子用于超冷碰撞、精密测量，在低至功地实现了超冷$(A9原子的345，!""H年麻省理.-的原子气体中实现了量子简并，如/""0年实现工学院KXT>L实现了原子激光；!""0年7TW>制备了玻色1爱因斯坦凝聚2凝聚现象与凝聚体均缩写单个离子于超冷的零点动能态并演示了量子逻辑为3456，从而开辟了“冷原子物理”研究的新篇章。门的实验；!"""年朱棣文利用原子干涉技术对单个这些工作都获得了789’:奖，特别是激光冷却与原子具有的重力加速度进行了迄今为止最精确的345的实现在

5、过去五年内使超冷物质研究领域两测量。此外还有，冷原子的碰撞形成的冷分子、用超度获奖。冷原子研究量子混沌、超冷原子气体中光的低速传原子的无规热运动是精密测量和控制的最大播、用囚禁冷原子进行痕量分析、用冷原子模拟天障碍。符合38:;<,=..速度分布的气体、温度决定了体过程等。冷原子物理研究还提供了形成高新技术!收稿日期："##"年$#月$$日!!"#学科发展$""$年的潜在的可能性，如用原子光学实现纳米加工、原56.7的23-K

6、子，有很好的前景。微磁阱与原子芯片BC在微小尺度芯片上利用刻!国内外现状与发展趋势印技术制作电路，通电流后能产生足够的梯度磁冷原子物理研究是近年来物理学的注目点，几场，利用该种微磁阱阵列，德国马普量子光学研究乎所有发达国家的重要研究机构都在为不同的目所=%&’()*$+等两个小组在芯片表面上同样实现了的开展了相关研究。如美国的!"#$、%"&’、喷气推23*。)"$的一个小组则将预先获得的23*成功进实验室（%(&）、阿贡国家实验室、)"$等，英国的引入了微磁阱。原子芯片将被用于物质波波导、物国家物理实验室（!(&）、苏

7、塞克斯光学与原子物理质波分波片、微型原子干涉仪及受限区域的量子流中心（#*+,(）、牛津大学，德国的马普量子光学研体的研究中。究所、康斯唐士大学、慕尼黑大学，法国的国家科学M>1H7:NH共振BC用外磁场控制原子的碰撞性研究院（-!.#）、里尔大学，奥地利的因斯布鲁克大质，使碰撞的原子对在M>1H7:NH共振对应的磁场强学、维也纳大学，荷兰的自由大学，澳大利亚新南威度处形成束缚态，由此实现了5?.7的O3-。尔士大学，亚洲有日本的电气通信大学、东京大学、交互冷却（也称同情冷却）：利用易于碰撞和冷电报电话公共公司（!$$）

8、及韩国的个别大学等。却的原子作为“制冷剂”，通过不同种核或不同状态国内在冷原子实验研究方面有五个小组：北京的原子之间的碰撞，对不易碰撞和蒸发冷却的原子大学王义遒小组、上海光学精密机械研究所王育竹进行交互冷却，使之达到极低温。如不同超精细结小组、山西大学彭坤墀小组、武汉物理与数学研究构态的56.7CO3-的实现、通过与