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激光制冷新發現

2015/11/3 13:35:56??????點擊:

    據美國國家地理網站報道,在科幻小說中,激光束被描述成了神通廣大的武器,而在現實生活中,它們只是被當作加熱和切割工具。但是,德國最新一項研究轉變了我們對常規物理學的認識,以全新的視角展現了激光特性。

    在最新研究中,德國波恩大學的兩位研究人員馬丁·威茨(Martin Weitz)和烏爾里?!の指穸?Ulrich Vogl)利用激光,使得稠密的銣氣體溫度遠遠低于令氣體轉化為固體的正常溫度。在之前的研究中,科學家只能利用激光急速“過度冷卻”那些經過稀釋的氣體。

    據美國國家標注技術研究所激光制冷部門的物理學家特雷·波特(Trey Porto)介紹,“有時,你用激光照射某些東西,這些東西的確可以冷卻下來,它們不僅是一大堆原子,還有肉眼可以看到的物體?!輩ㄌ夭⑽床斡胱钚卵芯?。

    據威茨和沃格爾介紹,他們可以利用這一過程去生成新的物態。威茨說:“例如,如果你可以將水急速冷卻至零攝氏度(即32華氏度)以下——此時水通?;岜涑殺憧稍げ馕鎦勢嬉斕木筒A??!彼鉤淥?,還可以將新技術用于制冷機制,以大大提高某些太空觀測設備的精確度:“如果你可以冷卻用以觀測恒星的熱感照相機,它們的噪音會更小,敏感度更高?!?

    由于激光色彩同其強度密切相關,新技術主要基于一種紅色激光。研究人員對這種激光的頻率進行調整,令其光束僅影響相互碰撞的原子。接著,威茨和沃格爾用這種激光去照射處于高壓“氬大氣”的銣氣體原子。氬是一種惰性氣體,這意味為它們不會輕易同其他元素的原子發生反應。

    不過,波特解釋說,“在銣原子轟擊氬原子的稍縱即逝的瞬間,銣可以從激光器中吸收光子?!貝聳?,吸收來的光子的作用就好像是突然支撐起兩個原子的強有力彈簧,這種微弱的聯系使得原子在試圖飛離時減緩其速度。但是,在某一個時刻,這根“彈簧”伸展的幅度非常大,以致兩個原子的鏈結斷裂,原子作為分散的熒光被釋放出來。

    在這種情況下,便需要多余的能量以減緩逃逸光子所帶走的原子的速度,所以,這個過程會最終消除比激光自身產生還要多的能量,用以冷卻銣氣。在實驗中,銣氣的溫度在幾秒鐘內便從662華氏度(350攝氏度)驟降至536華氏度(280攝氏度)。這項研究成果發表于最新一期的《自然》雜志。威茨指出,在將這個急速制冷過程應用于現實生活中之前,還需要從事更多的研究。

    不過,波特表示,這項研究與冷卻稀釋氣體的傳統方法有很大的不同,后者目前被用以研究量子效應,或為原子鐘準備氣體樣本。波特說:“我認為這項研究真正讓人驚訝的地方在于,你甚至在這種狀況下對物體進行冷卻,因為這是稠密氣體和一種截然不同的機制。傳統制冷能力其實是非常小的。而利用激光器令物體溫度明顯下降的確令人驚訝不已?!?


                                                                                                     轉自:激光網