新研究發(fā)現(xiàn)激光制冷或可產(chǎn)生奇異物態(tài)(圖)

　　這張紅外照片顯示的是用激光進(jìn)行冷卻后的氣體(藍(lán)色)以及它四周的金屬間(紅色和黃色)的溫度變化。在用一特種激光束進(jìn)行了30秒的脈沖照射后，與它的容器相比，氣體的溫度下降了幾度。

　　據(jù)美國(guó)國(guó)家地理網(wǎng)站報(bào)道，在科幻小說(shuō)中，激光束被描述成了神通廣大的武器，而在現(xiàn)實(shí)生活中，它們只是被當(dāng)作加熱和切割工具。但是，德國(guó)z*新一項(xiàng)研究轉(zhuǎn)變了我們對(duì)常規(guī)物理學(xué)的認(rèn)識(shí)，以全新的視角展現(xiàn)了激光特性。

　　在z*新研究中，德國(guó)波恩大學(xué)的兩位研究人員馬丁·威茨(Martin Weitz)和烏爾里希·沃格爾(Ulrich Vogl)利用激光，使得稠密的銣氣體溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于令氣體轉(zhuǎn)化為固體的正常溫度。在之前的研究中，科學(xué)家只能利用激光急速“過(guò)度冷卻”那些經(jīng)過(guò)稀釋的氣體。

　　據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)注技術(shù)研究所激光制冷部門(mén)的物理學(xué)家特雷·波特(Trey Porto)介紹，“有時(shí)，你用激光照射某些東西，這些東西的確可以冷卻下來(lái)，它們不僅是一大堆原子，還有肉眼可以看到的物體。”波特并未參與z*新研究。

　　據(jù)威茨和沃格爾介紹，他們可以利用這一過(guò)程去生成新的物態(tài)。威茨說(shuō)：“例如，如果你可以將水急速冷卻至零攝氏度(即32華氏度)以下——此時(shí)水通常會(huì)變成冰——便可預(yù)測(cè)物質(zhì)奇異的晶態(tài)和玻璃態(tài)。”他補(bǔ)充說(shuō)，還可以將新技術(shù)用于制冷機(jī)制，以大大提高某些太空觀測(cè)設(shè)備的精確度：“如果你可以冷卻用以觀測(cè)恒星的熱感照相機(jī)，它們的噪音會(huì)更小，敏感度更高。”

　　由于激光色彩同其強(qiáng)度密切相關(guān)，新技術(shù)主要基于一種紅色激光。研究人員對(duì)這種激光的頻率進(jìn)行調(diào)整，令其光束僅影響相互碰撞的原子。接著，威茨和沃格爾用這種激光去照射處于高壓“氬大氣”的銣氣體原子。氬是一種惰性氣體，這意味為它們不會(huì)輕易同其他元素的原子發(fā)生反應(yīng)。

　　不過(guò)，波特解釋說(shuō)，“在銣原子轟擊氬原子的稍縱即逝的瞬間，銣可以從激光器中吸收光子。”此時(shí)，吸收來(lái)的光子的作用就好像是突然支撐起兩個(gè)原子的強(qiáng)有力彈簧，這種微弱的聯(lián)系使得原子在試圖飛離時(shí)減緩其速度。但是，在某一個(gè)時(shí)刻，這根“彈簧”伸展的幅度非常大，以致兩個(gè)原子的鏈結(jié)斷裂，原子作為分散的熒光被釋放出來(lái)。

　　在這種情況下，便需要多余的能量以減緩逃逸光子所帶走的原子的速度，所以，這個(gè)過(guò)程會(huì)z*終消除比激光自身產(chǎn)生還要多的能量，用以冷卻銣氣。在實(shí)驗(yàn)中，銣氣的溫度在幾秒鐘內(nèi)便從662華氏度(350攝氏度)驟降至536華氏度(280攝氏度)。這項(xiàng)研究成果發(fā)表于z*新一期的《自然》雜志。威茨指出，在將這個(gè)急速制冷過(guò)程應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中之前，還需要從事更多的研究。

　　不過(guò)，波特表示，這項(xiàng)研究與冷卻稀釋氣體的傳統(tǒng)方法有很大的不同，后者目前被用以研究量子效應(yīng)，或?yàn)樵隅姕?zhǔn)備氣體樣本。波特說(shuō)：“我認(rèn)為這項(xiàng)研究真正讓人驚訝的地方在于，你甚至在這種狀況下對(duì)物體進(jìn)行冷卻，因?yàn)檫@是稠密氣體和一種截然不同的機(jī)制。傳統(tǒng)制冷能力其實(shí)是非常小的。而利用激光器令物體溫度明顯下降的確令人驚訝不已。”