科學家捕獲到單個原子觀察到了原子間相互作用

單個原子是什么模樣，原子與原子之間是如何相互作用的？最近，據(jù)物理學家組織網(wǎng)報道，來自新西蘭奧塔哥大學物理系的科學家首次捕獲到單個原子并讓其發(fā)生受控反應，并觀察到了前所未見的原子間相互作用的情景，他們認為這或將大大影響未來的技術進步。

原子的尺度大約在 100 億分之一米，如果非要要以實物類比的話，相當于把你食指指甲蓋大小的東西橫切 1 億次，豎切 1 億次，取其中一塊出來，大約就是一個原子的大小了，而要觀察到原子間的相互作用，這似乎是更困難的事情。

如何捕獲？

不過，越是困難越是有人勇于挑戰(zhàn)。

那么，問題來了，他們是如何捕獲單個原子的？

奧塔哥大學物理系副教授米克爾·F·安德森表示：在最新研究中，我們在烤面包機大小的超真空室內，用高聚焦激光束，將三個原子分別俘獲并冷卻至百萬分之一開爾文（約為零下 273.15 攝氏度，接近絕對零度）。隨后，他們利用光鑷“拈起”銣原子，將它們導向彼此，觀察到了多種形式的碰撞情形，從而能準確理解發(fā)生的事情。在這次實驗中，他們觀察到的原子重組速度比以前預期的要慢，這與當前的理論預測明顯不符，這讓科學家們非常興奮，但原因暫時還不明朗。

值得一提的是，此前，科學家僅通過涉及大量原子的實驗提供的統(tǒng)計平均值來了解這一量子過程，現(xiàn)在，這一發(fā)現(xiàn)則意味著對量子的研究更進了一步。

最終的實驗結果表明，當三個原子彼此靠近時，兩個原子會形成一個分子，它們都會受到這個過程中釋放能量的“踢”。

而顯微鏡相機可以放大和觀察這一過程。

帶頭進行這項實驗的博士后研究員馬文·韋蘭德( Marvin Weeland )表示：僅有兩個原子不能形成一個分子，至少需要三個原子才能完成化學反應，我們首次將這一基本過程孤立出來展開研究，得到了以前涉及大量原子云團的實驗無法獲得的詳盡細節(jié)以及實驗結果。例如，研究人員能夠看到單個過程的確切結果，并觀察到一個新的過程，不得不說，這種研究是可喜的。

有望促進量子技術發(fā)展

同時馬文·韋蘭德還補充道：到目前為止，在許多原子的實驗中，這種細節(jié)是不可能被觀察到的。而通過在分子水平上的研究，更多地了解了原子是如何相互碰撞和反應的。隨著技術的發(fā)展，這項技術可以提供一種方法來構建和控制特定化學物質的單分子。

量子物理學以外的人，可能很難理解這項技術和細節(jié)水平，但研究人員相信，這門科學的應用，將有助于未來量子技術的發(fā)展，這些技術可能會像使現(xiàn)代計算機和互聯(lián)網(wǎng)得以實現(xiàn)的早期量子技術一樣對社會產生影響。

而這種分子水平上的觀測，讓我們對原子如何碰撞，如何相互作用有了更深刻的理解，可以為構建和控制特定化學物質的單個分子提供一種途徑，并為未來計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展提供更為強大的動力。目前的手機之所以能超越上世紀 80 年代的超級計算機，唯一的動力就是，我們可以在越來越小的規(guī)模上研究物質。這為我們能在最小尺度（原子尺度）開展研究鋪平了道路，有望促進量子技術的發(fā)展。即在原子尺度上建造建筑鋪平道路，這些發(fā)現(xiàn)將如何影響未來的技術進步。

值得注意的是，雖然研究人員提出了解釋這一差異的機制，但他們也強調需要在實驗量子力學的這一領域進一步發(fā)展理論。