JILA 研究人员找到保持原子兴奋的新方法

JILA 研究人员通过调整密集的原子量子气体来制造拥挤的“费米海”来欺骗大自然，从而通过延迟​​它们的正常返回到最低点，使原子保持高能状态或激发状态的时间比平时长约 10%。 -能量状态。该技术可用于改进量子通信网络和原子钟。

量子系统，例如在静止状态以上被激发的原子，通过在称为光子的量子化部分中释放光，自然地平静或衰变。这种常见的过程在萤火虫的发光和 LED 的发射中很明显。衰变率可以通过改变环境或原子的内部特性来设计。先前的研究已经改变了电磁环境;新工作的重点是原子。

新的 JILA 方法依赖于称为泡利不相容原理的量子世界规则，即相同的费米子(一类粒子)不能同时共享相同的量子态。因此，如果人群中有足够多的费米子——形成费米海——一个受激的费米子可能无法像往常一样抛出光子，因为它随后需要反冲。这种后坐力可能会使它处于与其邻居之一相同的量子运动状态，这是由于一种称为泡利阻塞的机制而被禁止的。

11 月 19 日出版的《科学》杂志中描述了这一阻断成果。JILA 由美国国家标准与技术研究院 (NIST) 和科罗拉多大学博尔德分校共同运营。

“泡利阻塞使用费米海组织良好的量子运动状态来阻止想要衰变的原子的反冲，从而阻止自发衰变，”NIST/JILA 研究员 Jun Ye 说。“这是控制物质属性的一种深刻的量子效应，以前被认为是不可改变的。”

之前已经提出了通过将原子嵌入费米海来设计原子激发态寿命的想法，但 JILA 小组与同一期《科学》杂志中描述的其他研究一起，是第一个真正做到这一点的人。这是第一次将原子的内部辐射特性与其外部运动联系起来。

JILA 团队使用由数千个锶原子组成的低能或简并费米气体进行了实验。JILA 小组使用这些量子气体来制造最新的原子钟。在这些低温费米气体中，所有原子的属性都被限制在特定值或量子化，并且原子通过保持对之间的最小距离来避免彼此。相比之下，普通气体中的原子是随机分布的，它们不会相互影响。

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