科学家在指甲盖1亿亿分之一大小的地方,观测到原子的三体运动

单个原子是什么模样,原子与原子之间是如何相互作用的?对其它生命,不,对其他人来说,这些都是闻所未闻,想所未想的事情。不过最近,来自新西兰奥塔哥大学物理系的科学家,却在极为复杂困难的情况下,第一次抓住了3个原子,并观察了它们之间相互作用的情景,或将大大影响未来的技术进步。
原子的尺度大约在100亿分之一米,也就是说,把你食指指甲盖大小的东西横切1亿次,竖切1亿次,取其中一块出来,大约就是一个原子的大小了。不过我建议你先别慌着去厨房找菜刀,看完本文后你再权衡一下做不做这个实验。

为了抓住单个的原子,科学家们运用极为专业的知识,耗费了大量时间和精力,组装了一个极为复杂的设备,包括激光器、镜子、真空室和显微镜等。在实验中,科学家们在高度纯净的真空室里,使用高度聚焦的激光——所谓的光镊,捕捉到了3个铷原子,并把它们冷却到只比绝对零度高百万分之一度的温度,从而观察到了量子世界的“三体”运动。
这种三体运动是由科学家们控制的,他们利用光镊“拈起”铷原子,将它们导向彼此,观察到了多种形式的碰撞情形,从而能准确理解发生的事情。至少在这次实验中,他们观察到的三体重组速度比以前预期的要慢,这与当前的理论预测明显不符,这让科学家们非常兴奋,但原因暂时还不明朗。

科学家们认为,这种分子水平上的观测,让我们对原子如何碰撞,如何相互作用有了更深刻的理解,可以为构建和控制特定化学物质的单个分子提供一种途径,并为未来计算机和互联网技术的发展提供更为强大的动力。目前的手机之所以能超越上世纪80年代的超级计算机,唯一的动力就是,我们可以在越来越小的规模上研究物质。
原子是构成物质的基础,如果技术的发展让我们可以在原子层面,方便地观测其运动,并建立起类似牛一、牛二、牛三和万有引力定律那样的量子运动规律,人类科技发展将彻底迈进一个新的时代。
这项研究发表在2月18日《物理评论快报》上。