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科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞
瑞典烏普薩拉大學(xué)科學(xué)家研制出一款由激光和氦原子組成的量子秒表，能以“全新方式極其準(zhǔn)確地測(cè)量時(shí)間”，而不必像其他時(shí)鐘那樣計(jì)時(shí)。相關(guān)研究近日發(fā)表于《物理評(píng)論研究》雜志。
最新研究負(fù)責(zé)人瑪塔·博霍爾茨解釋稱，他們的最新研究基于“泵—探針實(shí)驗(yàn)”，在實(shí)驗(yàn)中，一束“泵”激光脈沖被發(fā)送到原子云內(nèi)，將其提升到更高能級(jí)，隨后，另一束功率較小的“探測(cè)”脈沖被用于測(cè)量“泵”的效果。這些實(shí)驗(yàn)對(duì)于材料科學(xué)領(lǐng)域的諸多應(yīng)用，尤其是太陽能電池板的開發(fā)至關(guān)重要，但很難測(cè)量“泵”和“探針”脈沖發(fā)出之間流經(jīng)多少時(shí)間。現(xiàn)在，他們研制出的量子表解決了上述問題。
研究人員首先向氦原子云發(fā)射激光束，使原子處于量子疊加狀態(tài)，這意味著它們同時(shí)處于多個(gè)能級(jí)，這些能級(jí)相互作用并產(chǎn)生隨時(shí)間變化的干涉圖案。當(dāng)研究人員只測(cè)量了持續(xù)時(shí)間為1.7萬億分之一秒的干涉模式時(shí)，他們可將其與干涉模擬進(jìn)行比較，找到模式匹配的唯一時(shí)間段，準(zhǔn)確地告訴他們氦原子在疊加狀態(tài)持續(xù)了多長(zhǎng)時(shí)間。鑒于干涉圖案具有非重復(fù)性，因此，他們能毫無疑問地證明這種測(cè)量時(shí)間方法的準(zhǔn)確性。
博霍爾茨說，這是一種全新的測(cè)量時(shí)間的方法，好處是不需要精確測(cè)量原子何時(shí)處于疊加狀態(tài)，“如果使用計(jì)數(shù)器，你必須定義零，在某個(gè)時(shí)刻開始計(jì)數(shù)。而新方法不必啟動(dòng)時(shí)鐘，只要看看干涉結(jié)構(gòu)。”
研究人員表示，最新量子表有望幫助科學(xué)家們對(duì)隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，如單個(gè)分子的分崩離析、光與物質(zhì)之間的量子相互作用或暴露于磁場(chǎng)中的材料等進(jìn)行精確而快速地測(cè)量。
