单个原子自由互动首次被抓拍，揭示量子效应
IT之家 5 月 9 日消息，来自麻省理工学院（MIT）的科学家首次拍摄到单个原子在空间中自由互动的图像，揭示了支配其行为、难以捉摸的量子效应。
使用单原子分辨率显微镜，观察由两种原子组成的超冷量子气体，发现它们的空间相关性明显不同 —— 左边的玻色子表现出聚集现象，而右边的费米子则显示出反聚集现象。
该图像揭示了这些“自由粒子”之间微妙的量子关联，这是一种此前仅在理论中预测的行为。IT之家援引 scitechdaily 博文介绍，研究团队开发了一种创新方法：先让一团原子云自然移动并互动，随后开启由激光束组成的光栅，瞬间“冻结”原子位置。通过精密调校的激光，他们在原子悬浮时迅速照亮并记录其精确位置。
拍摄单个原子极具挑战性 —— 单个原子直径仅约 0.1 纳米，远小于人类头发丝厚度的百万分之一。研究团队采用的“atom-resolved microscopy”（单原子分辨显微技术）通过激光束形成松散陷阱，让原子自由互动，随后用光栅固定并用荧光成像揭示位置。
团队利用该创新方法，拍摄了不同类型原子云的图像，实现了多项影像首创。他们观察到“bosons”（玻色子）在量子现象中聚集，形成波状结构；同时也捕捉到“fermions”（费米子）在自由空间中配对，这是超导性背后的核心过程。
上面两张渲染图展示了原子陷阱中的流动原子（红色）如何通过施加的光学晶格突然被冻结在原地，并通过拉曼侧带冷却进行成像。下图：三张显微镜图像显示（从左到右）玻色子 23Na 形成玻色-爱因斯坦凝聚态；弱相互作用的 6Li 费米混合物中的单一自旋态；以及强相互作用费米混合物中的两种自旋态，直接揭示了配对的形成。
MIT 物理学教授 Martin Zwierlein 表示：“我们能看到这些原子云中单个原子的行为以及它们之间的关系，这非常震撼。”
团队未来计划将此技术应用于“quantum Hall physics”（量子霍尔物理）等更复杂的量子现象，验证理论预测的奇异状态。