实现两个异核原子的受控碰撞

方德声

据国家自然科学基金委员会2015年7月28日报道，中国科学院武汉物理与数学研究所詹明生研究员领导的研究团队，通过激光操控一个铷87原子和一个铷85原子，在微米尺度的光阱中实现了两个异核原子的受控冷碰撞。相关研究工作7月22日在线发表于《自然·通讯》上。

原子之间的碰撞是原子气体中普遍存在的相互作用，即使在通过激光冷却与囚禁得到的冷原子团中，碰撞问题仍备受关注。无论是制备超冷量子气体的蒸发冷却过程、冷原子形成分子的超冷化学过程，还是基于碰撞的量子信息与量子模拟中量子态的相干制备和消相干过程，都离不开对原子之间的弹性、非弹性碰撞甚至是反应性碰撞的认识。然而，在通常的一个含有成千上万个原子的多组分冷原子团中，原子数目的不确定性和同组分原子之间的碰撞等因素导致了碰撞截面测量的不准确。

研究组许鹏和何晓东等人利用远失谐激光聚焦在真空中形成一个直径几微米的光阱，该单原子光阱一般情况下要么囚禁一个原子，要么没有原子。他们创造性地发展了一种反馈控制方法，在同一个光阱中确定性地囚禁了一个铷87原子和一个异核的铷85原子，然后用不同的激光分别将这两个原子制备到各自特定的内态能级，等待几毫秒甚至将近一秒钟后，再观测这两个原子是否还在阱中。由于光阱中始终只有一个铷87原子和一个铷85原子，且没有共振光的干扰，任何碰撞相互作用都发生在这两个异核原子之间，从而能精确而纯净地提取异核冷原子在不同超精细能级下的碰撞损失速率。

该实验获得了铷85和铷87原子基态碰撞损失速率目前最精确的数据。且发展的“超级纯净”的碰撞反应平台可应用于单原子与单分子的碰撞，也可用于研究异核原子的相干碰撞。在粒子数目确定的化学反应的研究以及基于原子的量子信息处理和量子模拟研究方面具有重要价值。