杨世平-冷原子物理及其应用.pdf

物理学新进展讲座物理学新进展讲座物理学新进展讲座物理学新进展讲座冷原子物理及其应用冷原子物理及其应用河北师范大学物理科学与信息工程学院河北师范大学物理科学与信息工程学院杨世平 教授杨世平 教授电电电话话：话：13831182036E-mail：：yangship@目前我们课题组研究内容目前我们课题组研究内容?分数阶微分系统的混沌控制与同步分数阶微分系统的混沌控制与同步?经典混沌与量子混沌的比较研究经典混沌与量子混沌的比较研究?螺旋波和斑图及其在生物医学上的应用螺旋波和斑图及其在生物医学上的应用?玻色玻色—爱因斯坦凝聚的理论研究爱因斯坦凝聚的理论研究?强激光场与原子或分子的相互作用强激光场与原子或分子的相互作用内容提要内容提要?冷原子物理及其研究意义冷原子物理及其研究意义?冷原子的应用前景冷原子的应用前景?结束语结束语冷原子物理及其研究意义冷原子物理及其研究意义?按人类对微观世界的认识程度划分，当代物理学有三个最主要的研究领域，即粒子物理，原子分子与光物理（按人类对微观世界的认识程度划分，当代物理学有三个最主要的研究领域，即粒子物理，原子分子与光物理（AMO）和凝聚态物理这三个领域的物理学家几乎瓜分了）和凝聚态物理。

这三个领域的物理学家几乎瓜分了20世纪世纪50年代以来的诺贝尔物理学奖年代以来的诺贝尔物理学奖冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）?从这三个大领域的基础性和应用性来说，原子分子与光物理领域介于其他两者之间粒子物理需要依靠大型实验设备展开基础性探索工作，而凝聚态物理更多的研究方向主要瞄准可遇见的应用因此在原子分子与光物理领域中，许多研究方向的现实意义并不为人所熟知从这三个大领域的基础性和应用性来说，原子分子与光物理领域介于其他两者之间粒子物理需要依靠大型实验设备展开基础性探索工作，而凝聚态物理更多的研究方向主要瞄准可遇见的应用因此在原子分子与光物理领域中，许多研究方向的现实意义并不为人所熟知冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）?冷原子物理学实际是一门交叉学科，目前研究者主要来自：原子与分子物理、光物理、理论物理、凝聚态物理等学科的研究者冷原子物理学实际是一门交叉学科，目前研究者主要来自：原子与分子物理、光物理、理论物理、凝聚态物理等学科的研究者冷原子物理是研究超低温度下的原子(分子)的各种特性及其应用的物理学分支冷原子物理是研究超低温度下的原子(分子)的各种特性及其应用的物理学分支。

冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）冷原子产生及应用图示冷原子产生及应用图示冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）冷原子的主要特征：冷原子的主要特征：?运动很慢，碰撞减少运动很慢，碰撞减少?相干时间长，相互作用时间长相干时间长，相互作用时间长?大量原子具有几乎相同的频率和波长大量原子具有几乎相同的频率和波长?能级宽度变窄，量子态更明确能级宽度变窄，量子态更明确?更利于被实际操纵更利于被实际操纵冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理的应用前景非常广泛，在这里举两个实例冷原子物理的应用前景非常广泛，在这里举两个实例原子“激光”原子“激光”?“光速减慢“光速减慢”冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）?激光：强度极大、单色性好、高度相干激光：强度极大、单色性好、高度相干?微观粒子也具有“波粒二象性”，当它们处在超冷状态形成“玻色—爱因斯坦”凝聚时，冷凝的原子获得完全“同步”的原子的状态它们同样具有好的相干性、几乎相同的频率（单色）若能一个一个地列队顺序发射就可以产生原子“激光”。

微观粒子也具有“波粒二象性”，当它们处在超冷状态形成“玻色—爱因斯坦”凝聚时，冷凝的原子获得完全“同步”的原子的状态它们同样具有好的相干性、几乎相同的频率（单色）若能一个一个地列队顺序发射就可以产生原子“激光”原子激光可能首先应用于测量变化和制造纳米技术的新仪器，同时它可能还有许多潜在的、惊人的价值原子激光可能首先应用于测量变化和制造纳米技术的新仪器，同时它可能还有许多潜在的、惊人的价值左图为俯视图，显示了冷凝态原子由电磁脉冲排出阱外后是如何以脉冲的形式发射的，它们在引力场中自由下落并渐渐的扩大；右图为另外一组原子脉冲的图样，每个原子脉冲中的原子数界于10左图为俯视图，显示了冷凝态原子由电磁脉冲排出阱外后是如何以脉冲的形式发射的，它们在引力场中自由下落并渐渐的扩大；右图为另外一组原子脉冲的图样，每个原子脉冲中的原子数界于105 5到10到106 6个个原子激光实验观察到的现象原子激光实验观察到的现象冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）光速减慢光速减慢光速减慢光速减慢一种利用激光和超冷原子停止和启动一种利用激光和超冷原子停止和启动一种利用激光和超冷原子停止和启动一种利用激光和超冷原子停止和启动光脉冲的方法光脉冲的方法光脉冲的方法光脉冲的方法冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）?1999年莱娜·豪(Lene Hau) 研究组把一个时间宽度为3微秒、空间宽度为1公里的激光脉冲射入一团特制的超冷钠原子气团样品中（长度为0.2毫米），可以使在其内部运动的光的速度减慢为自由空间中光速的一千万分之一（每秒30米左右），这是以前可能只在科幻片中才发生的事情。

1999年莱娜·豪(Lene Hau) 研究组把一个时间宽度为3微秒、空间宽度为1公里的激光脉冲射入一团特制的超冷钠原子气团样品中（长度为0.2毫米），可以使在其内部运动的光的速度减慢为自由空间中光速的一千万分之一（每秒30米左右），这是以前可能只在科幻片中才发生的事情冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）?减慢光速的关键是存在第二束激光即所谓的“耦合脉冲”耦合光脉冲与传播光脉冲(或称探测光脉冲)因为偏振态不同可区分耦合光与样品中的原子的内部能级精确地匹配，抑制了原子对探测光的吸收减慢光速的关键是存在第二束激光即所谓的“耦合脉冲”耦合光脉冲与传播光脉冲(或称探测光脉冲)因为偏振态不同可区分耦合光与样品中的原子的内部能级精确地匹配，抑制了原子对探测光的吸收冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）?实际情况是，原子的一条吸收能级被劈裂成两条能级,两条能级对探测光的吸收作用相互抵消了,这一现象被称为电磁感应透明光速被减慢的同时,原子气团的“折射率”，即它偏转光线的程度，也将随探测光的频率急剧变化,这反过来又会导致光的群速变得很慢实际情况是，原子的一条吸收能级被劈裂成两条能级,两条能级对探测光的吸收作用相互抵消了,这一现象被称为电磁感应透明。

光速被减慢的同时,原子气团的“折射率”，即它偏转光线的程度，也将随探测光的频率急剧变化,这反过来又会导致光的群速变得很慢冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）?莱娜·豪和她的同事在两年后又做了一个试验将耦合光的强度调整到可得到每秒28米的群速，然后一个长2公里的探测光脉冲射入到原子样品中在脉冲恰好消失在样品中而又没有重新出现之前，关掉耦合光结果，探测光的速度被降为零，光脉冲完全停在原子样品中，它在样品中停留可达一毫秒在这一毫秒时间间隔内的任一时刻把耦合光重新加到样品上，使探测光脉冲立即从样品中射出来并沿其路径继续向前传播莱娜·豪和她的同事在两年后又做了一个试验将耦合光的强度调整到可得到每秒28米的群速，然后一个长2公里的探测光脉冲射入到原子样品中在脉冲恰好消失在样品中而又没有重新出现之前，关掉耦合光结果，探测光的速度被降为零，光脉冲完全停在原子样品中，它在样品中停留可达一毫秒在这一毫秒时间间隔内的任一时刻把耦合光重新加到样品上，使探测光脉冲立即从样品中射出来并沿其路径继续向前传播冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）该研究领域5年内诞生了两个诺贝尔物理学奖该研究领域5年内诞生了两个诺贝尔物理学奖?朱棣文(S.Chu), 科昂-塔努基(C.Cohen-Tannoudji)和菲利普斯(W.Phillips)因发明了激光冷却技术而获朱棣文(S.Chu), 科昂-塔努基(C.Cohen-Tannoudji)和菲利普斯(W.Phillips)因发明了激光冷却技术而获1997年1997年诺贝尔物理学奖。

诺贝尔物理学奖维曼(C.Wieman)，康乃尔(E.Cornell),和凯特勒(W.Ketterle)利用激光冷却技术获得玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）而获维曼(C.Wieman)，康乃尔(E.Cornell),和凯特勒(W.Ketterle)利用激光冷却技术获得玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）而获2001年2001年诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖 ?此外此外此外此外2005200520052005年诺贝尔物理学奖的获奖成果也与冷原子年诺贝尔物理学奖的获奖成果也与冷原子年诺贝尔物理学奖的获奖成果也与冷原子年诺贝尔物理学奖的获奖成果也与冷原子物理紧密相关获奖人之一的汉施物理紧密相关获奖人之一的汉施物理紧密相关获奖人之一的汉施物理紧密相关获奖人之一的汉施 (T. Hansch)(T. Hansch)(T. Hansch)(T. Hansch)也也也也曾是激光冷却思想最早的提出者之一曾是激光冷却思想最早的提出者之一曾是激光冷却思想最早的提出者之一曾是激光冷却思想最早的提出者之一冷原子物理及其研究意义（续）冷原子物理及其研究意义（续）?一个小小的研究领域能这样受到重视，与它深层次的研究意义分不开的一个小小的研究领域能这样受到重视，与它深层次的研究意义分不开的。

冷原子物理领域的开创者们也许都没有想到，依靠激光冷却技术获得的超低温原子因为有着其他状态的物质（常温原子）所没有的优势，在可预见的未来可能会对人类文明发展起到十分关键作用冷原子物理领域的开创者们也许都没有想到，依靠激光冷却技术获得的超低温原子因为有着其他状态的物质（常温原子）所没有的优势，在可预见的未来可能会对人类文明发展起到十分关键作用冷原子的应用前景冷原子的应用前景? ?室温原子平均速度大约几百米每妙，其德布罗室温原子平均速度大约几百米每妙，其德布罗室温原子平均速度大约几百米每妙，其德布罗室温原子平均速度大约几百米每妙，其德布罗意波长很小，大约在意波长很小，大约在意波长很小，大约在意波长很小，大约在10101010- - - -12121212米量级，原子大多处米量级，原子大多处米量级，原子大多处米量级，原子大多处在不同的量子态上，相干长度也很短，难以形在不同的量子态上，相干长度也很短，难以形在不同的量子态上，相干长度也很短，难以形在不同的量子态上，相干长度也很短，难以形成干涉 ?冷原子最低温度可达到几个纳冷原子最低温度可达到几个纳冷原子最低温度可达到几个纳冷原子最低温度可达到几个纳 K K K K，平均速度可，平均速度可，平均速度可，平均速度可达到几厘米每秒，德布罗意波长约为达到几厘米每秒，德布罗意波长约为达到几厘米每秒，德布罗意波长约为达到几厘米每秒，德布罗意波长约为10101010- - - -7 7 7 7米量米量米量米量级，相干长度很长，能够宏观观测到相干现象。

级，相干长度很长，能够宏观观测到相干现象级，相干长度很长，能够宏观观测到相干现象级，相干长度很长，能够宏观观测到相干现象一、可观测实物粒子的干涉一、可观测实物粒子的干涉冷原子的应用前景冷原子的应用前景? ?当碱金属原子被大量冷当碱金属原子被大量冷当碱金属原子被大量冷当碱金属原子被大量冷却到最低能态上从而产却到最低能态上从而产却到最低能态上从而产却到最低能态上从而产生生生生玻色－爱因斯坦凝聚玻色－爱因斯坦凝聚玻色－爱因斯坦凝聚玻色－爱因斯坦凝聚（（（（BECBECBECBEC））））时，这些最低时，这些最低时，这些最低时，这些最低能态原子会产生物质波能态原子会产生物质波能态原子会产生物质波能态原子会产生物质波干涉，使人类能够最直干涉，使人类能够最直干涉，使人类能够最直干涉，使人类能够最直接观察实物粒子的物质接观察实物粒子的物质接观察实物粒子的物质接观察实物粒子的物质波干涉MIT小组得到的干涉花样图图形宽度为1.1毫米，条纹间距为15微米MIT小组得到的干涉花样图图形宽度为1.1毫米，条纹间距为15微米冷原子的应用前景（续）冷原子的应用前景（续）?主要应用领域：原子干涉仪主要应用领域：原子干涉仪。

干涉测量技术目前普遍采用的是两束激光之间的干涉由于光子基本不受重力影响，难以用激光精确测量重力干涉测量技术目前普遍采用的是两束激光之间的干涉由于光子基本不受重力影响，难以用激光精确测量重力原子受重力作用十分明显，因此原子干涉仪可以有效测量重力的微小变化，以及引力波等等，将是未来航空航天技术必不可少的设备原子受重力作用十分明显，因此原子干涉仪可以有效测量重力的微小变化，以及引力波等等，将是未来航空航天技术必不可少的设备冷原子的应用前景（续）冷原子的应用前景（续）?原子间的碰撞是原子能级的宽度增宽的主要因素冷原子由于速度很小温度很低，原子间的碰撞远远少于热原子，因此能级宽度远小于热原子，具有更精确的原子能级结构和更窄的跃迁光谱，这对原子能级以及各种常数的精确测量具有重要意义原子间的碰撞是原子能级的宽度增宽的主要因素冷原子由于速度很小温度很低，原子间的碰撞远远少于热原子，因此能级宽度远小于热原子，具有更精确的原子能级结构和更窄的跃迁光谱，这对原子能级以及各种常数的精确测量具有重要意义二、精确的能级结构二、精确的能级结构冷原子的应用前景（续）冷原子的应用前景（续）?主要应用：冷原子钟主要应用：冷原子钟?原子钟的精度取决于原子能级的精确程度。

目前原子钟主要采用原子精细能级跃迁作为频率标准由于冷原子的能级精度远远优于热原子，冷原子钟会输出更为精准的频率，因此会将人类的时间精度大幅度提高，对人类的时间标准和距离标准起到革命性的改进，是未来全球定位系统和宇宙空间定位系统的核心技术原子钟的精度取决于原子能级的精确程度目前原子钟主要采用原子精细能级跃迁作为频率标准由于冷原子的能级精度远远优于热原子，冷原子钟会输出更为精准的频率，因此会将人类的时间精度大幅度提高，对人类的时间标准和距离标准起到革命性的改进，是未来全球定位系统和宇宙空间定位系统的核心技术目前欧洲“伽利略”全球定位系统计划逐步采用冷原子钟，美国也计划应用冷原子钟来大幅度改善GPS系统的性能冷原子钟的研制将有着极其深远的军事和科技意义目前欧洲“伽利略”全球定位系统计划逐步采用冷原子钟，美国也计划应用冷原子钟来大幅度改善GPS系统的性能冷原子钟的研制将有着极其深远的军事和科技意义冷原子的应用前景（续）冷原子的应用前景（续）?激光冷却技术已经可以在微观尺度上操纵原子分子激光冷却技术已经可以在微观尺度上操纵原子分子按人类的意愿改变原子分子间的排列组合，长久以来都是人类的一个梦想。

在凝聚态物理领域前沿的表面物理中，依靠扫描隧道显微镜技术可以移动和控制一些原子的位置，但无法脱离样品表面完成对原子分子的俘获按人类的意愿改变原子分子间的排列组合，长久以来都是人类的一个梦想在凝聚态物理领域前沿的表面物理中，依靠扫描隧道显微镜技术可以移动和控制一些原子的位置，但无法脱离样品表面完成对原子分子的俘获三、单原子的俘获及操控三、单原子的俘获及操控冷原子的应用前景（续）冷原子的应用前景（续）? ?目前人们已经可以利用激光冷却俘获我们需要的原子，目前人们已经可以利用激光冷却俘获我们需要的原子，目前人们已经可以利用激光冷却俘获我们需要的原子，目前人们已经可以利用激光冷却俘获我们需要的原子，再用激光将其输送到需要的地方，组合成新的分子或凝再用激光将其输送到需要的地方，组合成新的分子或凝再用激光将其输送到需要的地方，组合成新的分子或凝再用激光将其输送到需要的地方，组合成新的分子或凝聚态物质聚态物质聚态物质聚态物质 ?人们甚至可以利用激光俘获大生物分子如人们甚至可以利用激光俘获大生物分子如人们甚至可以利用激光俘获大生物分子如人们甚至可以利用激光俘获大生物分子如DNADNADNADNA等，取代等，取代等，取代等，取代某些原子，从而改善动物或人类的基因，这将引起分子某些原子，从而改善动物或人类的基因，这将引起分子某些原子，从而改善动物或人类的基因，这将引起分子某些原子，从而改善动物或人类的基因，这将引起分子生物学上的一次重大革命。

生物学上的一次重大革命生物学上的一次重大革命生物学上的一次重大革命 ?目前德国马普学会量子光学研究所（目前德国马普学会量子光学研究所（目前德国马普学会量子光学研究所（目前德国马普学会量子光学研究所（MPQMPQMPQMPQ）的科学家在）的科学家在）的科学家在）的科学家在欧洲核子中心（欧洲核子中心（欧洲核子中心（欧洲核子中心（CERNCERNCERNCERN）启动了一个项目，内容是利用激）启动了一个项目，内容是利用激）启动了一个项目，内容是利用激）启动了一个项目，内容是利用激光冷却技术俘获反氢原子，研究它和氢原子间的异同光冷却技术俘获反氢原子，研究它和氢原子间的异同光冷却技术俘获反氢原子，研究它和氢原子间的异同光冷却技术俘获反氢原子，研究它和氢原子间的异同这个项目成功之日将是人类控制并利用反物质的开端这个项目成功之日将是人类控制并利用反物质的开端这个项目成功之日将是人类控制并利用反物质的开端这个项目成功之日将是人类控制并利用反物质的开端冷原子的应用前景（续）冷原子的应用前景（续）?冷原子由于运动速度很慢，能级结构稳定，因此相比热原子具有更为明确的量子态更利于对它的量子态如外层电子自旋、原子磁矩等等进行控制。

冷原子由于运动速度很慢，能级结构稳定，因此相比热原子具有更为明确的量子态更利于对它的量子态如外层电子自旋、原子磁矩等等进行控制同时冷原子量子态的变化可以反过来控制光信号，完成信息处理过程目前较为成熟的量子态控制有冷原子电磁感应透明（EIT），相干布居数囚禁（CPT）等等同时冷原子量子态的变化可以反过来控制光信号，完成信息处理过程目前较为成熟的量子态控制有冷原子电磁感应透明（EIT），相干布居数囚禁（CPT）等等四、量子态操控四、量子态操控冷原子的应用前景（续）冷原子的应用前景（续）?主要应用：量子计算机主要应用：量子计算机?量子计算的物理实现是量子信息技术面临的最大难题物理学家曾尝试多种方案，但都无法有效克服系统退相干的问题冷原子由于相干时间长，量子态更利于操控等优点，已经成为量子计算首要的候选者量子计算机的出现将是人类科技的一次重要革命，将标志着人类全面步入信息时代，未来的量子芯片很可能是囚禁在某个光子晶体内的冷原子系统，这可能是冷原子物理研究对人类文明最辉煌的贡献量子计算的物理实现是量子信息技术面临的最大难题物理学家曾尝试多种方案，但都无法有效克服系统退相干的问题冷原子由于相干时间长，量子态更利于操控等优点，已经成为量子计算首要的候选者。

量子计算机的出现将是人类科技的一次重要革命，将标志着人类全面步入信息时代，未来的量子芯片很可能是囚禁在某个光子晶体内的冷原子系统，这可能是冷原子物理研究对人类文明最辉煌的贡献结束语结束语?除了上述几个方面，未来冷原子物理的研究有可能在其他许多领域发挥意想不到的重要作用除了上述几个方面，未来冷原子物理的研究有可能在其他许多领域发挥意想不到的重要作用全世界都在不断加大对冷原子物理的研究的投入，相信冷原子物理将大大推动人类文明进程，在人类社会中发挥越来越重要的作用全世界都在不断加大对冷原子物理的研究的投入，相信冷原子物理将大大推动人类文明进程，在人类社会中发挥越来越重要的作用Self-trapping of BECs in a triple wellBin Liu, Li-Bin Fu, Shi-Ping Yang, and Jie Liu，， PRA75（（5））2007Complex energy structure and various nonlinear Josephson oscillationTransition to self-trapping in a triple wellTrapped in single well trapped in two wells谢谢同学们！谢谢同学们！2011-4-8激光冷却原子技术简介激光冷却原子技术简介?利用激光和原子的相互作用降低原子运动速度以获得超低温原子的高新技术。

利用激光和原子的相互作用降低原子运动速度以获得超低温原子的高新技术这一重要技术早期的主要目的是为了精确测量各种原子参数，用于高分辨率激光光谱和超高精度的量子频标(原子钟)，后来却成为实现原子玻色-爱因斯坦凝聚的关键实验方法这一重要技术早期的主要目的是为了精确测量各种原子参数，用于高分辨率激光光谱和超高精度的量子频标(原子钟)，后来却成为实现原子玻色-爱因斯坦凝聚的关键实验方法激光冷却原子技术简介激光冷却原子技术简介?虽然早在20世纪初人们就注意到光对原子有辐射压力作用，只是在激光器发明之后，才发展了利用光压改变原子速度的技术人们发现，当原子在频率略低于原子跃迁能级差且相向传播的一对激光束中运动时，由于多普勒效应，原子倾向于吸收与原子运动方向相反的光子，而对与其相同方向行进的光子吸收几率较小；吸收后的光子将各向同性地自发辐射平均地看来，两束激光的净作用将产生一个与原子运动方向相反的阻尼力，从而使原子的运动减缓(即冷却下来)虽然早在20世纪初人们就注意到光对原子有辐射压力作用，只是在激光器发明之后，才发展了利用光压改变原子速度的技术人们发现，当原子在频率略低于原子跃迁能级差且相向传播的一对激光束中运动时，由于多普勒效应，原子倾向于吸收与原子运动方向相反的光子，而对与其相同方向行进的光子吸收几率较小；吸收后的光子将各向同性地自发辐射。

平均地看来，两束激光的净作用将产生一个与原子运动方向相反的阻尼力，从而使原子的运动减缓(即冷却下来)激光冷却原子技术简介激光冷却原子技术简介激光冷却原子技术简介激光冷却原子技术简介?1985年美国国家标准与技术研究院的菲利浦斯(willamD.Phillips)和斯坦福大学的朱檬文(Steven Chu)首先实现了激光冷却原子的实验，并得到了极低温度(24μK)的钠原子气体他们进一步用三维激光束形成磁光讲将原子囚禁在一个空间的小区域中加以冷却，获得了更低温度的“光学粘胶”之后，许多激光冷却的新方法不断涌现，其中较著名的有“速度选择相干布居囚禁”和“拉曼冷却”，前者由法国巴黎高等师范学院的柯亨-达诺基(Claud Cohen-Tannodji)提出，后者由朱模文提出，他们利用这种技术分别获得了低于光子反冲极限的极低温度1985年美国国家标准与技术研究院的菲利浦斯(willamD.Phillips)和斯坦福大学的朱檬文(Steven Chu)首先实现了激光冷却原子的实验，并得到了极低温度(24μK)的钠原子气体他们进一步用三维激光束形成磁光讲将原子囚禁在一个空间的小区域中加以冷却，获得了更低温度的“光学粘胶”。

之后，许多激光冷却的新方法不断涌现，其中较著名的有“速度选择相干布居囚禁”和“拉曼冷却”，前者由法国巴黎高等师范学院的柯亨-达诺基(Claud Cohen-Tannodji)提出，后者由朱模文提出，他们利用这种技术分别获得了低于光子反冲极限的极低温度激光冷却原子技术简介激光冷却原子技术简介?此后，人们还发展了磁场和激光相结合的一系列冷却技术，其中包括偏振梯度冷却、磁感应冷却等等朱模文、柯亨-达诺基和菲利浦斯三人也因此而获得了1997年诺贝尔物理学奖激光冷却有许多应用，如:原子光学、原子刻蚀、原子钟、光学晶格、光镊子、玻色-爱因斯坦凝聚、原子激光、高分辨率光谱以及光和物质的相互作用的基础研究等等此后，人们还发展了磁场和激光相结合的一系列冷却技术，其中包括偏振梯度冷却、磁感应冷却等等朱模文、柯亨-达诺基和菲利浦斯三人也因此而获得了1997年诺贝尔物理学奖激光冷却有许多应用，如:原子光学、原子刻蚀、原子钟、光学晶格、光镊子、玻色-爱因斯坦凝聚、原子激光、高分辨率光谱以及光和物质的相互作用的基础研究等等玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?1924: 1924: BoseBoseBoseBose (印度)将光子作为数量不守恒的粒子成功地导出了Planck黑体辐射定律，同时认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子有什么不同。

接着，玻色得到了一套新的统计理论印度)将光子作为数量不守恒的粒子成功地导出了Planck黑体辐射定律，同时认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子有什么不同接着，玻色得到了一套新的统计理论玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?1925年：Einstein在玻色理论工作的基础上将1925年：Einstein在玻色理论工作的基础上将BoseBoseBoseBose的理论推广到全同粒子理想气体并大胆预言了一种新的低温物质形态：气态玻色系统在某一临界温度以下将有宏观数量的粒子共同占据量子力学的基态---后来被叫作BEC的理论推广到全同粒子理想气体并大胆预言了一种新的低温物质形态：气态玻色系统在某一临界温度以下将有宏观数量的粒子共同占据量子力学的基态---后来被叫作BEC玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?1938: 1938: LandauLandauLandauLandau提出液氦（4He）超流本质上是量子统计现象，是BEC的反映，并计算出临界温度为3.2K。

从此BEC开始受到重视提出液氦（4He）超流本质上是量子统计现象，是BEC的反映，并计算出临界温度为3.2K从此BEC开始受到重视BEC是物质的一种奇特的状态（一种新的物态），处于这种状态的大量原子的行为像单个粒子一样BEC是物质的一种奇特的状态（一种新的物态），处于这种状态的大量原子的行为像单个粒子一样玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?“物态”是按属性划分的实物存在的基本形态，它都表现为大量微小物质粒子作为一个大的整体而存在的集合状态以往人们只知道有固态、液态和气态三种物态，随着科学的发展，在大自然中又发现了多种“物态”入类迄今知道的“物态”已达10余种之多物态”是按属性划分的实物存在的基本形态，它都表现为大量微小物质粒子作为一个大的整体而存在的集合状态以往人们只知道有固态、液态和气态三种物态，随着科学的发展，在大自然中又发现了多种“物态”入类迄今知道的“物态”已达10余种之多除了上述三种物态外还有：非晶态——特殊的固态；液晶态除了上述三种物态外还有：非晶态——特殊的固态；液晶态；超高温下的等离子态；超高压下的超固态；超高压下的中子态；超导态；超流态；BEC 态…… 。

超高温下的等离子态；超高压下的超固态；超高压下的中子态；超导态；超流态；BEC 态…… 玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?爱因斯坦的预测引起了实验物理学家的广泛兴趣然而实现BEC 的条件极为苛刻和“矛盾”：一方面希望达到极低的温度，另一方面还要求原子体系处于近理想的气态爱因斯坦的预测引起了实验物理学家的广泛兴趣然而实现BEC 的条件极为苛刻和“矛盾”：一方面希望达到极低的温度，另一方面还要求原子体系处于近理想的气态实现低温的传统手段是蒸发制冷，朱棣文、Cohen-Tannoudj和Phillips发展的激光冷却和磁阱技术是另一种有效的制冷方法实现低温的传统手段是蒸发制冷，朱棣文、Cohen-Tannoudj和Phillips发展的激光冷却和磁阱技术是另一种有效的制冷方法1976年，Nosanow和Stwalley证明在任意低温下处于自旋极化的氢原子始终能保持气态，则为实现第二个要求提供了希望1976年，Nosanow和Stwalley证明在任意低温下处于自旋极化的氢原子始终能保持气态，则为实现第二个要求提供了希望。

玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?1995年实验观察气相原子的玻色-爱因斯坦凝聚的愿望终于实现了! 第一批实现BEC的几个研究小组分别来自美国科罗拉多大学实验天体物理联合研究所(JILA)、美国莱斯大学（Bradley小组）、麻省理工学院(MIT)（Davis等人），这三个实验宣告了玻色-爱因斯坦凝聚的实现，在物理界引起了强烈反响，这是玻色-爱因斯坦凝聚研究历史上的一个重要里程碑1995年实验观察气相原子的玻色-爱因斯坦凝聚的愿望终于实现了! 第一批实现BEC的几个研究小组分别来自美国科罗拉多大学实验天体物理联合研究所(JILA)、美国莱斯大学（Bradley小组）、麻省理工学院(MIT)（Davis等人），这三个实验宣告了玻色-爱因斯坦凝聚的实现，在物理界引起了强烈反响，这是玻色-爱因斯坦凝聚研究历史上的一个重要里程碑玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?美国《科学》杂志在显著位置报道了这个消息，称“物理学家创造了新的物态”牛津大学的伯耐特更是对此赞叹不已：美国《科学》杂志在显著位置报道了这个消息，称“物理学家创造了新的物态”。

牛津大学的伯耐特更是对此赞叹不已：“用圣杯这个词来比喻这项发现的奇特和重要性，是极为恰当的用圣杯这个词来比喻这项发现的奇特和重要性，是极为恰当的实现BEC的步骤及实现BEC的步骤及实验实验：：1.1.激光冷却原子激光冷却原子2.2.将原子引入磁场与激光组成的磁-光囚禁阱中将原子引入磁场与激光组成的磁-光囚禁阱中玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））3.通过强力蒸发将原子进一步冷却，即蒸发冷却3.通过强力蒸发将原子进一步冷却，即蒸发冷却玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?此过程主要是将那些能量超过平均值的原子“逐出”磁-光阱，遗留下来的原子就达更低温度在囚禁阱的边缘部分，磁场很强，控制原子磁极的射频场的频率很高，通过逐渐的降低频率可以把温度高的原子排出阱外，从而达到冷却的目的此过程主要是将那些能量超过平均值的原子“逐出”磁-光阱，遗留下来的原子就达更低温度在囚禁阱的边缘部分，磁场很强，控制原子磁极的射频场的频率很高，通过逐渐的降低频率可以把温度高的原子排出阱外，从而达到冷却的目的。

在磁-光囚禁阱中原子是靠偶极磁场力来约束的，如果原子的磁极发生反转，就会使吸引力变为排斥力，因此需要用射频场来控制原子磁极的反转但是在囚禁阱的中心电磁场为零，这就不能控制原子自旋态（磁极）的变化为此，埃里克·康奈尔采用旋转磁场装置使原子始终不能达到磁场为零的位置，以达到控制原子自旋态的目的在磁-光囚禁阱中原子是靠偶极磁场力来约束的，如果原子的磁极发生反转，就会使吸引力变为排斥力，因此需要用射频场来控制原子磁极的反转但是在囚禁阱的中心电磁场为零，这就不能控制原子自旋态（磁极）的变化为此，埃里克·康奈尔采用旋转磁场装置使原子始终不能达到磁场为零的位置，以达到控制原子自旋态的目的玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））左面为利用吸收成像法拍摄的三幅照片第一幅图表示BEC形成之前的情景，原子程现均匀球对称分布；第二幅图为 BEC 形 成 之 后 的 情景，中心突出部分为BEC，其边缘部分为热原子分布；第三幅图为接近纯BEC的情景，边缘几乎没有热原子左面为利用吸收成像法拍摄的三幅照片第一幅图表示BEC形成之前的情景，原子程现均匀球对称分布；第二幅图为 BEC 形 成 之 后 的 情景，中心突出部分为BEC，其边缘部分为热原子分布；第三幅图为接近纯BEC的情景，边缘几乎没有热原子。

玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?1996年6月，麻省理工学院的克特勒、克勒普奈尔等利用激光和电磁装置冷却和约束稀薄钠原子气体，奇迹般地使500万个钠原子呈“玻色-爱因斯坦凝聚”，持续的时间长达30秒，在探索物质的这些新形态方面取得了惊人的突破性进展随后，他们对这种奇异的状态进行更深入的研究他还利用两个“超原子”得到了非常清楚的干涉条纹，就如同两束激光相遇产生的干涉条纹一样1996年6月，麻省理工学院的克特勒、克勒普奈尔等利用激光和电磁装置冷却和约束稀薄钠原子气体，奇迹般地使500万个钠原子呈“玻色-爱因斯坦凝聚”，持续的时间长达30秒，在探索物质的这些新形态方面取得了惊人的突破性进展随后，他们对这种奇异的状态进行更深入的研究他还利用两个“超原子”得到了非常清楚的干涉条纹，就如同两束激光相遇产生的干涉条纹一样玻色玻色玻色玻色————爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（爱因斯坦凝聚（BECBECBECBEC））））?目前碱金属原子基本上都已实现的BEC，例如：目前碱金属原子基本上都已实现的BEC，例如：8787Rb，Rb，2323Na，Na，133133Ce，……，近来，一些分子BEC也已经实现。

Ce，……，近来，一些分子BEC也已经实现此后，有关BEC的研究迅速发展，观察到了一系列新的现象如BEC中的相干性、约瑟夫森效应、涡旋、超冷费米原子气体其中许多特性及应用前景是当年爱因斯坦和玻色未曾想象过的，从此BEC的研究受到了诸多领域现代物理学家的极大关注此后，有关BEC的研究迅速发展，观察到了一系列新的现象如BEC中的相干性、约瑟夫森效应、涡旋、超冷费米原子气体其中许多特性及应用前景是当年爱因斯坦和玻色未曾想象过的，从此BEC的研究受到了诸多领域现代物理学家的极大关注。