- 中文名
- 超冷原子
- 外文名
- Ultracold yard
超冷原子是将原子保持在一个极低温的状态（接近绝对零度，0K），一般来说其典型温度在百纳开左右。在这样的低温状态下，原子的量子力学性质变得十分重要。要到达如此低的温度，则需要好几种技术的配合使用。首先将原子囚禁于磁光阱中，并用激光冷却预冷。再利用蒸发制冷，以达到更低的温度。
当原子被降到足够低的温度时，他们将会处于一种新的物质状态。对于玻色型原子气会产生玻色-爱因斯坦凝聚；对于费米型原子气，则形成简并费米气。由于原子间存在相互作用，实际上绝大多数原子在低温下的基态是形成固体（除了He3和He4，由于较大的零点能，常压下始终为液体），因此这类原子气实际上处于亚稳态。但是当原子气足够稀薄，碰撞概率足够小，这种亚稳态可以比较长时间的存在。无论是费米子还是玻色子，如果原子间相互为吸引作用，上述原子气所描述的状态将会失稳而塌缩。对于费米型气体，某种原子间的吸引作用可能形成类似超导当中的库伯（Cooper）对，而形成新的基态。
实验上，冷原子被用于研究玻色-爱因斯坦凝聚（BEC），超流，量子磁性，多体系统，BCS机制，BCS-BEC连续过渡等，对理解量子相变有重要意义。冷原子也被用于研究人工合成规范场，使得人们可以在实验室中模拟规范场，从而在凝聚态体系中辅助验证粒子物理的理论（而不需要巨大的加速器）。冷原子可以被精确的操控，可以用于研究量子信息学，冷原子系统是实现量子计算的众多方案中非常有前景的之一。
2016年9月，中国科学技术大学和北京大学相关研究人员组成的联合团队在超冷原子量子模拟领域取得重大突破。中国科大-北大联合团队在国际上首次理论提出并实验实现超冷原子二维自旋轨道耦合的人工合成，测定了由自旋轨道耦合导致的新奇拓扑量子物性。这一关键突破将对新奇拓扑量子物态的研究，进而推动人们对物质世界的深入理解带来重大影响。该合作成果以研究长文（ResearchArticle）的形式发表在最新一期的国际权威学术期刊《Science》上（DOI:10.1126/science.aah7087）. [2]
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超冷原子物理是原子物理学的一个分支，主要利用激光制冷技术使原子处于极低的温度来研究、应用和控制原子的技术。
- 中文名
- 超冷原子物理学
- 归 类
- 原子物理学
- 技 术
- 激光制冷技术
- 研究成果
- BEC 现象
在介绍超冷原子物理时，先来看看原子物理学的定义
超冷原子物理是原子物理学的一个分支，主要利用激光制冷技术使原子处于极低的温度来研究、应用和控制原子的技术。
所谓“超冷”，是指原子作为整体的平动速度极低，对应温度低于1mK(10 – 3 K) ，如此低温度下的原子体系，体现若干新的现象，遵从新的物理规律.。
其中特别有意义的是原子气体玻色2爱因斯坦凝聚(BEC) 现象，2001 年的诺贝尔物理学奖就是授予在BEC 实验实现和性质研究方面做出重要贡献的E. A. Cornell ， W. Ketterle 和C. E.Wieman 三位物理学家的。超冷原子体系技术上能实现，有赖于发展于20 世纪80 年代的激光冷却和捕陷中性原子的方法。鉴于这种方法在科学技术发展中的重要性，因此在该领域中做出过杰出贡献的S. Chu ( 朱棣文) ， C.Cohen2Tannoudji 和W.D. Phillips 被授予了1997年度的诺贝尔物理学奖.。短短四年中，诺贝尔物理学奖两次授予同一发展方向，这充分说明这一新发展方向的重要性。
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