科學(xué)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(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，來自新西蘭奧塔哥大學(xué)物理系的科學(xué)家首次捕獲到單個原子并讓其發(fā)生受控反應(yīng)，并觀察到了前所未見的原子間相互作用的情景，他們認(rèn)為這或?qū)⒋蟠笥绊懳磥淼募夹g(shù)進(jìn)步。

原子的尺度大約在 100 億分之一米，如果非要要以實(shí)物類比的話，相當(dāng)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(xué)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(jī)大小的超真空室內(nèi)，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(dǎo)向彼此，觀察到了多種形式的碰撞情形，從而能準(zhǔn)確理解發(fā)生的事情。在這次實(shí)驗(yàn)中，他們觀察到的原子重組速度比以前預(yù)期的要慢，這與當(dāng)前的理論預(yù)測明顯不符，這讓科學(xué)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(xué)家僅通過涉及大量原子的實(shí)驗(yàn)提供的統(tǒng)計(jì)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(jìn)了一步。

最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)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(jī)可以放大和觀察這一過程。

帶頭進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)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(xué)反應(yīng)，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(tuán)的實(shí)驗(yàn)無法獲得的詳盡細(xì)節(jié)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。例如，研究人員能夠看到單個過程的確切結(jié)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(jìn)量子技術(shù)發(fā)展

同時馬文·韋蘭德還補(bǔ)充道：到目前為止，在許多原子的實(shí)驗(yàn)中，這種細(xì)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(yīng)的。隨著技術(shù)的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)可以提供一種方法來構(gòu)建和控制特定化學(xué)物質(zhì)的單分子。

量子物理學(xué)以外的人，可能很難理解這項(xiàng)技術(shù)和細(xì)節(jié)水平，但研究人員相信，這門科學(xué)的應(yīng)用，將有助于未來量子技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)可能會像使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)的早期量子技術(shù)一樣對社會產(chǎn)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(gòu)建和控制特定化學(xué)物質(zhì)的單個分子提供一種途徑，并為未來計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供更為強(qiáng)大的動力。目前的手機(jī)之所以能超越上世紀(jì) 80 年代的超級計(jì)算機(jī)，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(zhì)。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(jìn)量子技術(shù)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(shù)進(jìn)步。

值得注意的是，雖然研究人員提出了解釋這一差異的機(jī)制，但他們也強(qiáng)調(diào)需要在實(shí)驗(yàn)量子力學(xué)的這一領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展理論。