新研究發(fā)現激光制冷或可產生奇異物態(tài)(圖)

　　這張紅外照片顯示的是用激光進行冷卻后的氣體(藍色)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。

　　據美國國家地理網站報道，在科幻小說中，激光束被描述成了神通廣大的武器，而在現實生活中，它們只是被當作加熱和切割工具。但是，德國z*新一項研究轉變了我們對常規(guī)物理學的認識，以全新的視角展現了激光特性。

　　在z*新研究中，德國波恩大學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遠低于令氣體轉化為固體的正常溫度。在之前的研究中，科學家只能利用激光急速“過度冷卻”那些經過稀釋的氣體。

　　據美國國家標注技術研究所激光制冷部門的物理學家特雷·波特(Trey Porto)介紹，“有時，你用激光照射某些東西，這些東西的確可以冷卻下來，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。

　　據威茨和沃格爾介紹，他們可以利用這一過程去生成新的物態(tài)。威茨說：“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——此時水通常會變成冰——便可預測物質奇異的晶態(tài)和玻璃態(tài)。”他補充說，還可以將新技術用于制冷機制，以大大提高某些太空觀測設備的精確度：“如果你可以冷卻用以觀測恒星的熱感照相機，它們的噪音會更小，敏感度更高。”

　　由于激光色彩同其強度密切相關，新技術主要基于一種紅色激光。研究人員對這種激光的頻率進行調整，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，這意味為它們不會輕易同其他元素的原子發(fā)生反應。

　　不過，波特解釋說，“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，吸收來的光子的作用就好像是突然支撐起兩個原子的強有力彈簧，這種微弱的聯系使得原子在試圖飛離時減緩其速度。但是，在某一個時刻，這根“彈簧”伸展的幅度非常大，以致兩個原子的鏈結斷裂，原子作為分散的熒光被釋放出來。

　　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，這個過程會z*終消除比激光自身產生還要多的能量，用以冷卻銣氣。在實驗中，銣氣的溫度在幾秒鐘內便從662華氏度(350攝氏度)驟降至536華氏度(280攝氏度)。這項研究成果發(fā)表于z*新一期的《自然》雜志。威茨指出，在將這個急速制冷過程應用于現實生活中之前，還需要從事更多的研究。

　　不過，波特表示，這項研究與冷卻稀釋氣體的傳統方法有很大的不同，后者目前被用以研究量子效應，或為原子鐘準備氣體樣本。波特說：“我認為這項研究真正讓人驚訝的地方在于，你甚至在這種狀況下對物體進行冷卻，因為這是稠密氣體和一種截然不同的機制。傳統制冷能力其實是非常小的。而利用激光器令物體溫度明顯下降的確令人驚訝不已。”