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新研究发现激光制冷或可产生奇异物态(图)  

2010-11-14 19:45:17|  分类: 科学探索 |  标签: |举报 |字号 订阅

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国家地理_新研究发现激光制冷或可产生奇异物态(图)
这张红外照片显示的是用激光进行冷却后的气体(蓝色)以及它四周的金属间(红色和黄色)的温度变化。在用一特种激光束进行了30秒的脉冲照射后,与它的容器相比,气体的温度下降了几度。

  新浪环球地理讯 北京时间9月14日消息,据美国国家地理网站报道,在科幻小说中,激光束被描述成了神通广大的武器,而在现实生活中,它们只是被当作加热和切割工具。但是,德国最新一项研究转变了我们对常规物理学的认识,以全新的视角展现了激光特性。

  在最新研究中,德国波恩大学的两位研究人员马丁·威茨(Martin Weitz)和乌尔里希·沃格尔(Ulrich Vogl)利用激光,使得稠密的铷气体温度远远低于令气体转化为固体的正常温度。在之前的研究中,科学家只能利用激光急速“过度冷却”那些经过稀释的气体。

  据美国国家标注技术研究所激光制冷部门的物理学家特雷·波特(Trey Porto)介绍,“有时,你用激光照射某些东西,这些东西的确可以冷却下来,它们不仅是一大堆原子,还有肉眼可以看到的物体。”波特并未参与最新研究。

  据威茨和沃格尔介绍,他们可以利用这一过程去生成新的物态。威茨说:“例如,如果你可以将水急速冷却至零摄氏度(即32华氏度)以下——此时水通常会变成冰——便可预测物质奇异的晶态和玻璃态。”他补充说,还可以将新技术用于制冷机制,以大大提高某些太空观测设备的精确度:“如果你可以冷却用以观测恒星的热感照相机,它们的噪音会更小,敏感度更高。”

  由于激光色彩同其强度密切相关,新技术主要基于一种红色激光。研究人员对这种激光的频率进行调整,令其光束仅影响相互碰撞的原子。接着,威茨和沃格尔用这种激光去照射处于高压“氩大气”的铷气体原子。氩是一种惰性气体,这意味为它们不会轻易同其他元素的原子发生反应。

  不过,波特解释说,“在铷原子轰击氩原子的稍纵即逝的瞬间,铷可以从激光器中吸收光子。”此时,吸收来的光子的作用就好像是突然支撑起两个原子的强有力弹簧,这种微弱的联系使得原子在试图飞离时减缓其速度。但是,在某一个时刻,这根“弹簧”伸展的幅度非常大,以致两个原子的链结断裂,原子作为分散的荧光被释放出来。

  在这种情况下,便需要多余的能量以减缓逃逸光子所带走的原子的速度,所以,这个过程会最终消除比激光自身产生还要多的能量,用以冷却铷气。在实验中,铷气的温度在几秒钟内便从662华氏度(350摄氏度)骤降至536华氏度(280摄氏度)。这项研究成果发表于最新一期的《自然》杂志。威茨指出,在将这个急速制冷过程应用于现实生活中之前,还需要从事更多的研究。

  不过,波特表示,这项研究与冷却稀释气体的传统方法有很大的不同,后者目前被用以研究量子效应,或为原子钟准备气体样本。波特说:“我认为这项研究真正让人惊讶的地方在于,你甚至在这种状况下对物体进行冷却,因为这是稠密气体和一种截然不同的机制。传统制冷能力其实是非常小的。而利用激光器令物体温度明显下降的确令人惊讶不已。”

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