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美国科学家制造迄今最低温度新纪录

  科学家们找到了一种绝妙的方法,并由此成功地获得了地球上最低的温度记录。制备这种极端低温环境是研究物质基本性质,以及量子力学原理下一些奇异特性的必备条件。

可以用光束来囚禁原子,这些光束形成一个“光学晶格”,科学家们现在可以让它冷却到惊人的低温

  可以用光束来囚禁原子,这些光束形成一个“光学晶格”,科学家们现在可以让它冷却到惊人的低温

自然界的温度:310K 人的体温;273K水的冰点;217K干冰;184K地球表面出现过的最低气温;2.7K 宇宙空间的平均温度;1K 宇宙中已知的最低温度值,出现于布莫让星云(Boomerang Nebula)(上图);0.000000001K 一般水平的实验室可以达到的低温条件;0K无法超越的绝对零度

  自然界的温度:310K 人的体温;273K水的冰点;217K干冰;184K地球表面出现过的最低气温;2.7K 宇宙空间的平均温度;1K 宇宙中已知的最低温度值,出现于布莫让星云(Boomerang Nebula)(上图);0.000000001K 一般水平的实验室可以达到的低温条件;0K无法超越的绝对零度

  这种新方法需要用到原子构成的“光学晶格”,科学家们有选择性地将其中“最热”的原子剔除。英国《自然》杂志刊载了这项研究的相关论文,这一研究或许将可以被用来制造未来量子计算机的存储器。

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  近年来,科学界不断刷新低温新纪录,现在最低温的纪录竞争已经到了绝对零度以上十亿分之一度的数量级,即所谓的“纳度”(nanoKelvin)级别。绝对零度是自然界的最低温度极限,这一温度被认为不可超越,其数值为零下273.15摄氏度。

  光学晶格是一种理想的系统,可以帮助科学家进一步逼近这一最低温度极限。其内部交叉光线构成强度峰值区和凹槽区,有点像是蛋娄结构,而原子则会倾向于留在凹槽区内,这里是能量最低的区域。当原子被加入到这些凹槽区中后,接下来再添加入其它后续的原子将变得愈发困难,这就是所谓的“障碍”效应。

  但是美国哈佛大学的研究人员发明了针对这一效应的修正版本,称为“轨道交换障碍”效应。这种方法可以让这些原子进一步冷却到“皮度”(picoKelvin)级别,即绝对温度以上一万亿分之一度的数量级。

  科学家们小心翼翼地调节交叉光束的强度。这样做的技巧是:确保整个“蛋娄”格架中的原子中间只有那些最活跃的原子接收到激光束能量并随之变得更加活跃并离开体系。通过调节这些光束强度的变化频率,研究人员们成功地将光学晶格中那些最活跃,因而也“最热”的原子清除出了系统,只留下那些“最冷”的原子。这种方法可以带走系统中的熵,或者用更加通俗的话来说,就是可以帮助降低整个系统的整体温度。

  在另一篇一并发表在《自然》杂志上的论文描述,光学晶格专家,美国测量技术公司Nist的格里琛·坎普贝尔(Gretchen Campbell)博士指出,这种对于光学晶格中单个特定位置实现操作降温,甚至以此达到前所未有低温的技术,未来或将在制造量子计算机时得到应用。

  量子计算机是一种目前还处于初步设计中的未来计算设备,它将利用量子原理开展计算过程,可以轻易达到在现有计算机看来几乎难以想象的高速运算。

  但是和所有其他计算机一样,量子计算机也将需要存储设备,而光学晶格可以用保存存储于超低温原子中脆弱的量子信息,这将是一个不错的选项。

  新闻来源:新浪科技

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