實(shí)現(xiàn)兩個(gè)異核原子的受控碰撞

方德聲

據(jù)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)2015年7月28日?qǐng)?bào)道，中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所詹明生研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)激光操控一個(gè)銣87原子和一個(gè)銣85原子，在微米尺度的光阱中實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)異核原子的受控冷碰撞。相關(guān)研究工作7月22日在線發(fā)表于《自然·通訊》上。

原子之間的碰撞是原子氣體中普遍存在的相互作用，即使在通過(guò)激光冷卻與囚禁得到的冷原子團(tuán)中，碰撞問(wèn)題仍備受關(guān)注。無(wú)論是制備超冷量子氣體的蒸發(fā)冷卻過(guò)程、冷原子形成分子的超冷化學(xué)過(guò)程，還是基于碰撞的量子信息與量子模擬中量子態(tài)的相干制備和消相干過(guò)程，都離不開(kāi)對(duì)原子之間的彈性、非彈性碰撞甚至是反應(yīng)性碰撞的認(rèn)識(shí)。然而，在通常的一個(gè)含有成千上萬(wàn)個(gè)原子的多組分冷原子團(tuán)中，原子數(shù)目的不確定性和同組分原子之間的碰撞等因素導(dǎo)致了碰撞截面測(cè)量的不準(zhǔn)確。

研究組許鵬和何曉東等人利用遠(yuǎn)失諧激光聚焦在真空中形成一個(gè)直徑幾微米的光阱，該單原子光阱一般情況下要么囚禁一個(gè)原子，要么沒(méi)有原子。他們創(chuàng)造性地發(fā)展了一種反饋控制方法，在同一個(gè)光阱中確定性地囚禁了一個(gè)銣87原子和一個(gè)異核的銣85原子，然后用不同的激光分別將這兩個(gè)原子制備到各自特定的內(nèi)態(tài)能級(jí)，等待幾毫秒甚至將近一秒鐘后，再觀測(cè)這兩個(gè)原子是否還在阱中。由于光阱中始終只有一個(gè)銣87原子和一個(gè)銣85原子，且沒(méi)有共振光的干擾，任何碰撞相互作用都發(fā)生在這兩個(gè)異核原子之間，從而能精確而純凈地提取異核冷原子在不同超精細(xì)能級(jí)下的碰撞損失速率。

該實(shí)驗(yàn)獲得了銣85和銣87原子基態(tài)碰撞損失速率目前最精確的數(shù)據(jù)。且發(fā)展的“超級(jí)純凈”的碰撞反應(yīng)平臺(tái)可應(yīng)用于單原子與單分子的碰撞，也可用于研究異核原子的相干碰撞。在粒子數(shù)目確定的化學(xué)反應(yīng)的研究以及基于原子的量子信息處理和量子模擬研究方面具有重要價(jià)值。