[圖文]新研究發現激光製冷或可產生奇異物態 | 陽光歷史

 

A-A+

[圖文]新研究發現激光製冷或可產生奇異物態

2015年01月22日 科學探秘-短篇 暫無評論 閱讀 67 次

國家地理_新研究發現激光製冷或可產生奇異物態(圖)
 
這張紅外照片顯示的是用激光進行冷卻後的氣體(藍色)以及它四周的金屬間(紅色和黃色)的溫度變化。在用一特種激光束進行了30秒的脈衝照射後,與它的容器相比,氣體的溫度下降了幾度。

  據美國國家地理網站報道,在科幻小說中,激光束被描述成了神通廣大的武器,而在現實生活中,它們只是被當作加熱和切割工具。但是,德國最新一項研究轉變了我們對常規物理學的認識,以全新的視角展現了激光特性。


  在最新研究中,德國波恩大學的兩位研究人員馬丁·威茨(Martin Weitz)和烏爾裡希·沃格爾(Ulrich Vogl)利用激光,使得稠密的銣氣體溫度遠遠低於令氣體轉化為固體的正常溫度。在之前的研究中,科學家只能利用激光急速「過度冷卻」那些經過稀釋的氣體。


  據美國國家標注技術研究所激光製冷部門的物理學家特雷·波特(Trey Porto)介紹,「有時,你用激光照射某些東西,這些東西的確可以冷卻下來,它們不僅是一大堆原子,還有肉眼可以看到的物體。」波特並未參與最新研究。


  據威茨和沃格爾介紹,他們可以利用這一過程去生成新的物態。威茨說:「例如,如果你可以將水急速冷卻至零攝氏度(即32華氏度)以下——此時水通常會變成冰——便可預測物質奇異的晶態和玻璃態。」他補充說,還可以將新技術用於製冷機制,以大大提高某些太空觀測設備的精確度:「如果你可以冷卻用以觀測恆星的熱感照相機,它們的噪音會更小,敏感度更高。」


  由於激光色彩同其強度密切相關,新技術主要基於一種紅色激光。研究人員對這種激光的頻率進行調整,令其光束僅影響相互碰撞的原子。接著,威茨和沃格爾用這種激光去照射處於高壓「氬大氣」的銣氣體原子。氬是一種惰性氣體,這意味為它們不會輕易同其他元素的原子發生反應。


  不過,波特解釋說,「在銣原子轟擊氬原子的稍縱即逝的瞬間,銣可以從激光器中吸收光子。」此時,吸收來的光子的作用就好像是突然支撐起兩個原子的強有力彈簧,這種微弱的聯繫使得原子在試圖飛離時減緩其速度。但是,在某一個時刻,這根「彈簧」伸展的幅度非常大,以致兩個原子的鏈結斷裂,原子作為分散的螢光被釋放出來。


  在這種情況下,便需要多餘的能量以減緩逃逸光子所帶走的原子的速度,所以,這個過程會最終消除比激光自身產生還要多的能量,用以冷卻銣氣。在實驗中,銣氣的溫度在幾秒鐘內便從662華氏度(350攝氏度)驟降至536華氏度(280攝氏度)。這項研究成果發表於最新一期的《自然》雜誌。威茨指出,在將這個急速製冷過程應用於現實生活中之前,還需要從事更多的研究。


  不過,波特表示,這項研究與冷卻稀釋氣體的傳統方法有很大的不同,後者目前被用以研究量子效應,或為原子鐘準備氣體樣本。波特說:「我認為這項研究真正讓人驚訝的地方在於,你甚至在這種狀況下對物體進行冷卻,因為這是稠密氣體和一種截然不同的機制。傳統製冷能力其實是非常小的。而利用激光器令物體溫度明顯下降的確令人驚訝不已。」


標籤:



給我留言