超冷原子是將原子置於一個極低溫環境（接近絕對零度，0K）下的原子狀態。在這樣的低溫狀態下，原子的量子力學性質發生改變。
基本介紹
- 中文名：超冷原子
- 外文名：Ultracold yard
基本介紹,研究進展,
基本介紹
超冷原子是將原子保持在一個極低溫的狀態（接近絕對零度，0K），一般來說其典型溫度在百納開左右。在這樣的低溫狀態下，原子的量子力學性質變得十分重要。要到達如此低的溫度，則需要好幾種技術的配合使用。首先將原子囚禁於磁光阱中，並用雷射冷卻預冷。再利用蒸發製冷，以達到更低的溫度。
當原子被降到足夠低的溫度時，他們將會處於一種新的量子物態。對於玻色型原子氣會產生玻色-愛因斯坦凝聚；對於費米型原子氣，則形成簡併費米氣。由於原子間存在相互作用，實際上絕大多數原子在低溫下的基態是形成固體（除了He3和He4，由於較大的零點能，常壓下始終為液體），因此這類原子氣實際上處於亞穩態。但是當原子氣足夠稀薄，碰撞機率足夠小，這種亞穩態可以比較長時間的存在。無論是費米子還是玻色子，如果原子間相互為吸引作用，上述原子氣所描述的狀態將會失穩而塌縮。對於費米型氣體，某種原子間的吸引作用可能形成類似超導當中的庫伯（Cooper）對，而形成新的基態。
實驗上，冷原子被用於研究玻色-愛因斯坦凝聚（BEC），超流，量子磁性，多體系統，BCS機制，BCS-BEC連續過渡等，對理解量子相變有重要意義。冷原子也被用於研究人工合成規範場，使得人們可以在實驗室中模擬規範場，從而在凝聚態體系中輔助驗證粒子物理的理論（而不需要巨大的加速器）。冷原子可以被精確的操控，可以用於研究量子信息學，冷原子系統是實現量子計算的眾多方案中非常有前景的之一。
