超冷原子

超冷原子是將原子保持在一個極低溫的狀態 （ 接近絕對零度 ， 0K ） ， 一般來說其典型溫度在百納開左右 。 在這樣的低溫狀態下 ， 原子的量子力學性質變得十分重要 。 要到達如此低的溫度 ， 則需要好幾種技術的配合使用 。 首先將原子囚禁於磁光阱中 ， 並用激光冷卻預冷 。 一般也需要再利用蒸發製冷 ， 以達到更低的溫度 。 最近 ， 麻省理工學院也有通過激光冷卻直接達到的研究成果報導 。 當原子被降到足夠低的溫度時 ， 他們將會處於一種新的量子物態 。 對於玻色型原子氣會產生玻色 - 愛因斯坦凝聚 ； 對於費米型原子氣 ， 則形成簡併費米氣 。 由於原子間存在相互作用 ， 實際上絕大多數原子在低溫下的基態是形成固體 （ 除了He3和He4 ， 由於較大的零點能 ， 常壓下始終爲液體 ） ， 因此這類原子氣實際上處於亞穩態 。 但是當原子氣足夠稀薄 ， 碰撞概率足夠小 ， 這種亞穩態可以比較長時間的存在 。 無論是費米子還是玻色子 ， 如果原子間相互爲吸引作用 ， 上述原子氣所描述的狀態將會失穩而塌縮 。 對於費米型氣體 ， 某種原子間的吸引作用可能形成類似超導當中的庫伯 （ Cooper ） 對 ， 而形成新的基態 。 實驗上 ， 冷原子被用於研究玻色 - 愛因斯坦凝聚 （ BEC ） ， 超流 ， 量子磁性 ， 多體系統 ， BCS機制 ， BCS - BEC連續過渡等 ， 對理解量子相變有重要意義 。 冷原子也被用於研究人工合成規範場 ， 使得人們可以在實驗室中模擬規範場 ， 從而在凝聚態體系中輔助驗證粒子物理的理論 （ 而不需要巨大的加速器 ） 。 冷原子可以被精確的操控 ， 可以用於研究量子信息學 ， 冷原子系統是實現量子計算的衆多方案中非常有前景的之一 。