分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

以玻璃纖維計算原子數量

玻璃纖維(Glass fiber,即光纖)纜線對網際網路來說不可或缺 — 現在它們也能被當成量子物理實驗室使用。(奧地利)維也納科技大學是世上唯一的研究單位,在這裡,單個原子能在控制之下與超細纖維玻璃中的光耦合。特別準備好的光波僅與非常少量的原子進行交互作用,這使我們有可能打造出對微量物質超級敏感的偵測器。

Arno Rauschenbeutel 教授的團隊,Vienna 量子科學與技術中心的六個研究小組之一,已在 Physical Review Letters 期刊中發表這種新方法。這項研究計畫在與德國 Mainz, Johannes Gutenberg 大學的合作下完成。

超細玻璃纖維

實驗中所用的玻璃纖維只有 500 nm 寬。事實上,它們甚至比可見光的波長還要更細。"在實際狀況下,光波並沒有真的塞入這種玻璃纖維中,它會突出來一點," Arno Rauschenbeutel 解釋。而這正是這種新方法的最大優勢:光波會與位於玻璃纖維外部的原子接觸(原子離玻璃纖維非常近,但並未接觸)。 “首先,我們陷住(trap)原子,故它們被排列在玻璃纖維的上方或下方,如同細線上的珍珠般," Rauschenbeutel 表示。透過玻璃纖維傳送的光波接著被它所通過的每一個原子修改。藉由非常精確地測量光波中的變化,就能測定被陷在纖維附近的原子數量。

原子改變光的速度

當科學家研究原子與光的交互作用時,他們通常會看見有點混亂的效應 — 至少是在微觀尺度下:例如,原子能吸收光子,之後朝不同方向將它們發射出去。因是之故,原子可能被加速,並從它們原本的位置被拋開。然而,在 Vienna UT 的玻璃纖維實驗中,光與原子間非常溫和的交互作用業已足夠:"靠近玻璃纖維的原子使光速稍稍減了一點點," Arno Rauschenbeute 解釋。當光波非常精確地在原子的方向上,向上與向下振盪時,光波會稍微偏移了一點。另一道在不同方向上振盪的光束並沒有撞擊到任何原子,因此也很難全面減速。不同偏振方向的光波,透過玻璃纖維來傳送 — 由於其速度不一,故能測得它們的相對偏移。這偏移告訴科學家有多少個原子使光波延遲了。

偵測單個原子

成千上百的原子會被陷住,離玻璃纖維不到千分之一公釐。它們能被測定的數量,可達數個原子的準確度。"原則上,我們的方法如此精確,故它能偵測到十個或二十個這麼少的原子," Arno Rauschenbeutel 表示。"我們正研究幾種技術性技巧 — 例如減少原子與玻璃纖維間的距離。如果我們能辦到這件事,我們甚至能夠進行單個原子的偵測。"

非破壞性量子測量

這種新的玻璃纖維測量法不僅對新偵測器很重要,對基礎量子物理的研究也一樣重要。"通常,當我們測量某種系統時,其量子物理態就會被破壞," Rauschenbeutel 解釋。"我們的玻璃纖維使得「控制量子態而不會摧毀它們」成為可能。" 這些靠近玻璃纖維的原子也能用來調整光波在其內振盪的平板。說不定,新的技術可能性也許因此被開發。"今日,量子光學是一種令人難以置信的創新研究領域,而 Vienna 研究小組在這方面可說是世上數一數二," Arno Rauschenbeutel 表示。

資料來源:PHYSORG:Counting atoms with glass fiber[December 7, 2011]

轉載自only-perception

「空虛寂寞覺得冷會傳染嗎?」「為什麼人看到可愛的東西就想捏?」「為什麼蚊子喜歡叮穿深色衣服的人?」

科學從不只是冷冰冰的文字,而是存在世界各個角落熱騰騰的知識!不論是天馬行空的想像或日常生活的疑問,都可能從科學的角度來解釋。

本月的泛科選書 《不腦殘科學2》是泛科學作者編輯團隊嘔心瀝血的超級鉅獻!不只能滿足大人與小孩的好奇心,更將拓展你的視野,帶領大家發現一個嶄新的世界!

泛科限時優惠79折(含運),現在就帶一本回家

關於作者

妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D