宇宙中最小的实验


作者:Andrew Watson这是无限小的世界中的终极微型实验两位美国物理学家在一个原子内重建了量子力学的经典实验之一他们将电子分成两部分并观察这些部分是否相互干扰在19世纪早期,英国物理学家托马斯·杨(Thomas Young)在屏幕上通过两个狭窄的狭缝传递了一束光,并展示了光的波浪状特征当波浪散布在它们干扰的狭缝之外时,当光线照射到背景屏幕时,会产生一种独特的苍白和暗带图案最近,物理学家已经表明,即使当光源太暗以至于单个光子一次一个地通过该装置时,也会出现这种干涉图案在这种情况下,每个光子有效地分成两个“波包”,然后彼此干扰根据量子理论,诸如电子之类的粒子也可以表现为波当Young的实验用电子重复时,会产生类似的干涉图案这是纽约州罗切斯特大学的迈克尔·诺埃尔和卡洛斯·斯特劳德现在已经小型化的实验 Noel和Stroud不是使用屏幕上的狭缝分裂电子,而是在钾原子上发射激光脉冲 19个电子围绕钾原子核运行然而,这些电子中的一个仅在远离原子核的外轨道上旋转关键是将这个电子分成两个波包 Noel和Stroud使用镜子和分束器系统实现了这一目标,该系统将单个短激光脉冲分成三串相同的脉冲串第一脉冲将来自传统的未激发粒子的电子转换成具有几种不同激发态的波包脉冲还将电子撞击到核周围的高度椭圆形路径,就像一颗围绕太阳运行的彗星,但大部分时间都远离太阳系第二个脉冲定时,以便在新形成的波包完成大约一半的轨道后它到达电子这产生了来自同一电子的第二波包,实际上将其分成轨道两端的两个波包当两个波包继续围绕轨道运行时,它们以节奏的方式展开并收缩,受量子力学定律的支配随着波包传播,他们互相遇到并受到干扰,就像杨的缝隙发出的光一样如果第一和第二脉冲之间的时间间隔恰好恰当,则该干扰应导致单个波包的重建但是,如果没有,则两个数据包永远不会重新加入 Noel和Stroud能够使用第三个激光脉冲检测这次重建是否发生这充当探针,每当其椭圆轨道使其接近原子核时与波包相互作用研究人员发现,即使波长与计算机芯片上的晶体管一样大,波包也可以结合起来(Physical Review Letters,vol 75,p 1252)在过去的几年里,斯特劳德指出,物理学家已经学会了如何捕获和操纵单个原子 “我们在这里展示了与原子内电子相似的能力,”他说斯特劳德说,考虑到原子的化学性质取决于其最外层电子的行为,
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