第404章 心灵捕手（1/2）
“回顾了一遍热的成因后，我们就能继续下一步了，如何有效地冷却？很简单，把微观粒子的运动速度降下来。生活中，降温的方法很多很多，然而，要想得到全宇宙最低的温度，就必须使用雷射！正常的室温条件下，空气中大气分子的运动速度高达每秒几百米，这跟某些枪的初速差不多。即使温度低到零下270，也会有一部分微观粒子的速度达到每秒几十米。因此，要让分子原子的运动速度大大降低，着实不是一件容易的事。
原子、分子那么小，你要让它们的速度降下来，不可能用一些粗暴的办法，因为它们太小了，一个好办法是，用一些更小的粒子去‘撞击’抵消它们的速度，这就类似于，一辆迎面而来的小车，它处在自由滑行的状态，为了降低它的速度，你可以不断地向它扔石头，每砸一次，小车的速度降低一些，直到降低到我们想要的速度。
那么，用什么来“撞击”分子或者原子呢？最适合的莫过于光子了。我们都知道，光子会产生一种压力，这就是光压。科幻中或者设想中的太阳帆就是利用无数的光子作为推力的。”
说到这里，底下的机灵鬼朱蒂文老同学举手提问了：“说得轻巧，但是你知道吗？分子的运动是无规则的，有的迎面向你运动，这好办，有的却是同向运动，你把光子扔过去，遇到迎面的分子，这自然能降低它们的速度，但是，如果分子的运动方向跟光子相同，你岂不是又增加了分子的运动速度？这么一搞下来，等于是做无用功。”
叶华点头笑道：“这个疑问非常有道理，这也是无数人在理解雷射冷却时必然会遇到的一个问题。要度过这道坎，咱们得从原子的能级说起，原子就是原子核加上原子核外面的众多电子。而电子在原子核外面的排布是分极的。举个不准确但是非常形象的比喻就是，原子核就是太阳，电子就是行星。跟太阳系所不同的是，电子只能从这个轨道跃迁到另一个轨道，绝不会待在两个轨道之间的某一个位置。也就是说，如果地球是一个电子，那么，它要么获得能量后，跃迁到火星的轨道，或者失去能量，降到金星的轨道，决不能处在地球轨道和火星轨道的中间。
就像一栋电梯楼，有的电子处在第一层，它的能量最低，此时我们称为基态，有的电子处在第二层，有的处在第三层……显然，电子要想从第1层跃迁到第2层时必须要获得能量：比如捕获某个光子，这个光子的能量恰好等于第1层和第2层之间的能量差。而电子从第3层跃迁到第2层时，显然电子的能量值就降低了，但是能量不能凭空消失，所以，电子减少的那一部分能量会作为一个光子发射出去，而这个光子的能量恰好等于第3层和第2层之间的能量差......
上文中，咱们已经知道，朝原子发射光子，就能让迎面而来的原子速度降低，然而，难点是，原子的运动方向如果跟光子相同，就会加快原子的运动速度。不过，在回顾了上文中原子的能级后，我们已经明白：不是所有的光子，原子都能吸收！
底下的朱蒂文同学越听越兴奋：“既然这样，可不可以让迎面而来的原子吸收我们发射的光子，而同向而去的原子不吸收？”
叶华微微一笑，“当然可以了，根据什么呢？多普勒效应。我们知道，迎面而来的火车，其声尖锐，因为火车发出的声波跟火车一个方向，声波被‘挤压’，频率升高了；同理，逐渐远去的火车，其声音的音调变低，因为声波被‘拉伸’，频率降低。光既是粒子也是电磁波，如果光是迎面而来，那么被压缩，光的频率就会升高，如果光是远离而去，光的频率就会降低。
频率决定了光的能量，比如紫外线的频率比红光的高，所以紫外线能量能红光的高。而刚才我们说了，原子只能吸收固定的能量，换句话说，原子只能吸收某种频率的光子，这个频率就是原子的固有频率。
接下来，就好办了。当我们要想冷却某种原子的时候，发射一束频率比该原子固有频率稍低的光子，此时，对于迎面而来的原子来说，这束光子的频率会升高，高到恰好等于该原子的固有频率，于是被吸收，然后被减速。而对于运动同向的原子呢，这束光的频率会降低，就不能吸收了。这，就是雷射冷却和俘获原子的方法原子的原理！”。
随后，叶华开启苹果电脑，用介绍了一套简易的用b原子冷却和俘获的实验装置。采用注入锁定技术，获得了波长为780 nm （单频，频率波动<2 z，频率调谐範围4.5 z）、输出功率为60 m的冷却光.通过在饱和吸收上加磁场的方法，实现了冷却光的偏频（10 z）负失谐锁定;采用磁光阱系统，实现了原子的冷却和俘获。
“呃？”
“这什么意思？”
“叶华这话是……”
大家都一愣一愣了。
看着叶华在投影机上列出的各项数据，朱蒂文脸一沉，“他真的找到方法捕获单体粒子了？而且方法是如此简单！他竟然一语道破，直接捅破那层窗户纸了。”
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