實現激光冷卻產生三維玻色-愛因斯坦凝聚態！

麻省理工學院和哈佛大學超級原子中心，電子研究實驗室的科學家提出了一種只用激光冷卻來產生三維玻色-愛因斯坦凝聚態的新方法。在他們發表在《物理評論快報》上的研究中，展示了科學家技術在生產玻色-愛因斯坦凝聚物方面的有效性，達到了遠低於有效反衝溫度的溫度。在過去的物理學研究中，直接激光冷卻玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)是一個經常被追求的目標，但卻非常難以實現。

Steven Chu和Mark Kasevich首次嘗試了這種方法，Steven Chu曾因激光冷卻技術獲得諾貝爾獎。由卡爾·威曼、埃里克·康奈爾和沃爾夫岡·凱特勒領導的其他小組，所有的BEC諾貝爾獎得主，都成功地用蒸發冷卻代替了BEC。最終，在這項突破性的新研究之前，大多數研究人員放棄了只用激光冷卻來產生BEC。研究之一的VladanVuleti?說：幾年前，我已經知道如何通過使用特定的激光頻率來減少原子激光冷卻的主要障礙，光誘導的原子分子形成。

與通過蒸發冷卻相比，激光冷卻有可能更快、更有效，從而減少了實驗設置的限制。激光冷卻原子需要仔細地定位一組激光，並對它們進行調諧，通過用光子踢它們來減慢原子的運動。這種技術通常用於創建冷原子云，但到目前為止，用它創建對BEC來說，密度足夠高的冷原子樣本被證明是非常具有挑戰性的。造成這一現象的一個關鍵原因是，激光可以將鄰近的原子光締合成分子，然後離開原子陷阱。

發現，可以通過故意選擇泵浦激光的能量來大大減少原子損失，從而使形成分子所需的能量不匹配，再加上精心優化所謂的拉曼冷卻序列，這讓我們能夠產生一個密度足夠高的冷原子云，在大約一秒鐘的冷卻時間內就能產生中等大小的BEC。在研究中，Vuleti?和同事將原子捕獲在交叉光學偶極阱中，並使用拉曼冷卻對其進行冷卻，使用遠離諧振光泵浦光來減少原子損失和加熱。這一技術使溫度大大低於有效反衝溫度(與光子反衝動量有關的溫度標度)。

其時間標度比典型的蒸發時間標度快10至50倍，這種BEC的快速生產已經與最好的蒸發技術相提並論，這些技術針對速度進行了優化，突出了新激光冷卻技術的潛力。激光冷卻方法將來應該可以應用於其他種類的原子，以及分子的冷卻。更快的方法產生更好的信噪比，並使新的實驗能夠研究以前難以進行的量子氣體。新方法引入Vuleti?和同事可能會對未來物理學研究有很多的影響。例如，它可以在包括費米子在內的各種系統中快速產生量子簡併氣體。

在目前研究中，研究人員正在使用他們的系統來研究具有吸引力相互作用的一維量子氣體，這種氣體理論上應該會坍塌，但卻被量子壓力穩定下來。將來，希望將相同的技術應用於費米子原子，費米原子不凝結，而是相互「迴避」，在低溫下形成所謂的量子簡併費米氣體。這類系統可用於研究固態系統中的電子(同時也是費米子)，例如，為了了解磁性和高溫超導的性質。

博科園｜Copyright Science X Network/Ingrid Fadelli,Phys

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.203202

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