巨型里德伯原子“化身”量子温度计

时间: 2025-04-18 05:03:22 |   作者: 成功案例

  美国国家标准与技能研讨院科学家运用一种巨大的里德伯原子，研发出新式量子温度计。经过监测这些巨大原子与环境中热量之间的相互作用，他们获得了十分准确的温度丈量成果。相关论文发表于最新一期《物理谈论研讨》杂志。

  这是运用里德伯原子丈量温度的实验室设备，其间发光的赤色球体为该设备中运用的大约100万个铷原子组成的云团。图片来自：美国国家标准与技能研讨院

  高激起原子是一个价电子被激起到高量子态（主量子数n很大）的原子，也被称为里德伯原子。为制作准确的温度计，研讨团队在真空室中充入铷原子气体，随后运用激光和磁场将其捕获并冷却到挨近绝对零度。然后，他们再运用激光，让原子最外层的电子跃升至十分高的能量轨迹，得到的里德伯原子比一般铷原子大1000倍。

  里德伯原子最外层电子远离原子核，使其对电场和外部搅扰更灵敏。这些影响包含黑体辐射，即周围物体宣布的热量。黑体辐射会导致里德伯原子内的电子跃迁到更高的能量轨迹。由于温度上升会添加环境黑体辐射数量以及电子跃迁速率，经过盯梢这些随时刻改变的能量跃迁就能够丈量温度。

  这种方法能够检测到最细小的气温改变，且无需触摸被测物体即可丈量，丈量规模为0至100摄氏度。这一打破有望提高原子钟精度，由于原子钟对气温改变十分灵敏，细小的气温改变都可能会导致差错。

  与传统温度计不同，新研发的温度计根据量子物理学的根底原理，不需要像其他温度计那样进行惯例校准，即可供给准确的契合国际标准的丈量成果。除应用于精细科学范畴，新式温度计还能够在航天器、先进制作厂内大显神通。

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