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重大发现!科学家首次捕获单个原子,并观察到了原子间的相互作用

本文摘要:单个原子是什么模样,原子与原子之间是如何相互作用的?最近,据物理学家的组织网报导,来自新西兰奥塔哥大学物理系的科学家首次捕捉到单个原子并让其再次发生可控反应,并仔细观察到了前所未见的原子间相互作用的情景,他们指出这或将大大影响未来的技术变革。原子的尺度约在 100 亿分之一米,如果非要要以实物转换的话,相等于把你食指指甲盖大小的东西平行 1 亿次,竖切 1 亿次,所取其中一块出来,约就是一个原子的大小了,而要仔细观察到原子间的相互作用,这或许是更加艰难的事情。如何捕捉?

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单个原子是什么模样,原子与原子之间是如何相互作用的?最近,据物理学家的组织网报导,来自新西兰奥塔哥大学物理系的科学家首次捕捉到单个原子并让其再次发生可控反应,并仔细观察到了前所未见的原子间相互作用的情景,他们指出这或将大大影响未来的技术变革。原子的尺度约在 100 亿分之一米,如果非要要以实物转换的话,相等于把你食指指甲盖大小的东西平行 1 亿次,竖切 1 亿次,所取其中一块出来,约就是一个原子的大小了,而要仔细观察到原子间的相互作用,这或许是更加艰难的事情。如何捕捉?不过,越是艰难越是有人敢于挑战。

那么,问题来了,他们是如何捕捉单个原子的?奥塔哥大学物理系副教授米克尔·F·安德森回应:在近期研究中,我们在烤面包机大小的超强真空室内,用低探讨激光束,将三个原子分别俘虏并加热至百万分之一开尔文(大约为零下 273.15 摄氏度,相似绝对零度)。随后,他们利用光镊“拈起”铷原子,将它们导向彼此,仔细观察到了多种形式的撞击情形,从而能精确解读再次发生的事情。在这次实验中,他们仔细观察到的原子重组速度比以前预期的要慢,这与当前的理论预测显著相符,这让科学家们十分激动,但原因继续还不明朗。值得一提的是,此前,科学家仅有通过牵涉到大量原子的实验获取的统计资料平均值来理解这一量子过程,现在,这一找到则意味著对量子的研究更加入了一步。

最后的实验结果表明,当三个原子彼此附近时,两个原子不会构成一个分子,它们都会受到这个过程中获释能量的“右脚”。而显微镜照相机可以缩放和仔细观察这一过程。坚决展开这项实验的博士后研究员马文·韦兰德( Marvin Weeland )回应:仅有两个原子无法构成一个分子,最少必须三个原子才能已完成化学反应,我们首次将这一基本过程孤立无援出来进行研究,获得了以前牵涉到大量原子云团的实验无法取得的详细细节以及实验结果。

例如,研究人员需要看见单个过程的清楚结果,并仔细观察到一个新的过程,被迫说道,这种研究是尚之信的。未来将会增进量子技术发展同时马文·韦兰德还补足道:到目前为止,在许多原子的实验中,这种细节是不有可能被仔细观察到的。而通过在分子水平上的研究,更好地理解了原子是如何互相撞击和反应的。

随着技术的发展,这项技术可以获取一种方法来建构和掌控特定化学物质的单分子。量子物理学以外的人,有可能很难解读这项技术和细节水平,但研究人员坚信,这门科学的应用于,将有助未来量子技术的发展,这些技术可能会像使现代计算机和互联网以求构建的早期量子技术一样对社会产生影响。而这种分子水平上的观测,让我们对原子如何撞击,如何相互作用有了更加深刻印象的解读,可以为建构和掌控特定化学物质的单个分子获取一种途径,并为未来计算机和互联网技术的发展获取更加强劲的动力。目前的手机之所以能打破上世纪 80 年代的超级计算机,唯一的动力就是,我们可以在更加小的规模上研究物质。

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这为我们能在大于尺度(原子尺度)积极开展研究铺平了道路,未来将会增进量子技术的发展。即在原子尺度上修建建筑铺平道路,这些找到将如何影响未来的技术变革。值得注意的是,虽然研究人员明确提出了说明这一差异的机制,但他们也特别强调必须在实验量子力学的这一领域更进一步发展理论。(公众号:)编译器自物理的组织网原创文章,予以许可禁令刊登。

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