超冷 超高密度的原子如何變得不可見

原子的電子排列在能量殼中。就像舞臺(tái)上的音樂會(huì)觀眾一樣，每個(gè)電子占據(jù)一張椅子，如果它的所有椅子都被占用，則無(wú)法降到較低層。原子物理學(xué)的這一基本性質(zhì)被稱為泡利不相容原理，它解釋了原子的殼結(jié)構(gòu)、元素周期表的多樣性以及物質(zhì)宇宙的穩(wěn)定性。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家以一種全新的方式觀察了泡利不相容原理或泡利阻塞：他們發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)可以抑制原子云散射光的方式。

通常，當(dāng)光子穿過(guò)原子云時(shí)，粒子可以像臺(tái)球一樣相互撞擊，向各個(gè)方向散射光子以輻射光，從而使云可見。然而，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)觀察到，當(dāng)原子被過(guò)冷和超壓縮時(shí)，泡利效應(yīng)開始發(fā)揮作用，粒子散射光的空間更小。相反，光子會(huì)流過(guò)，而不會(huì)被散射。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，物理學(xué)家在鋰原子云中觀察到了這種效應(yīng)。隨著它們變得更冷和更密集，原子散射的光越來(lái)越少，并且逐漸變暗。研究人員懷疑，如果他們能夠?qū)l件進(jìn)一步推向絕對(duì)零的溫度，云將變得完全不可見。

該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，代表了對(duì)泡利阻塞對(duì)原子光散射影響的首次觀察。這種效應(yīng)是在 30 年前預(yù)測(cè)的，但直到現(xiàn)在才觀察到。

麻省理工學(xué)院約翰·D·亞瑟物理學(xué)教授沃爾夫?qū)?middot;凱特勒 (Wolfgang Ketterle) 表示：“總體而言，泡利阻塞已經(jīng)得到證實(shí)，并且對(duì)于我們周圍世界的穩(wěn)定來(lái)說(shuō)絕對(duì)是必不可少的。”“我們觀察到的是泡利阻塞的一種非常特殊和簡(jiǎn)單的形式，它可以防止原子發(fā)生所有原子自然會(huì)做的事情：散射光。這是首次明確觀察到這種效應(yīng)存在，它顯示了物理學(xué)中的一個(gè)新現(xiàn)象。”

Ketterle 的合著者是主要作者和前麻省理工學(xué)院博士后 Yair Margalit、研究生 Yukun Lu 和 Furkan Top PhD '20。該團(tuán)隊(duì)隸屬于麻省理工學(xué)院物理系、麻省理工學(xué)院-哈佛超冷原子中心和麻省理工學(xué)院電子研究實(shí)驗(yàn)室(RLE)。

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