JILA Team Invents New Way to ‘See’ the Quantum World
吉拉的科学家发明了一种新的成像技术，可以快速在原子钟的形式近乎即时的视觉艺术的量子行为的精确测量。
图片说明：用这种新的成像技术制成的艺术品，其快速准确的原子钟的量子行为的措施。这些图像是在基态（蓝色）或激发态（红色）中检测到的原子的假彩色表示。白色区域代表两个状态中原子的精细混合，在图像中产生量子“噪声”。这是因为所有的原子最初都是在量子叠加态，或基态和激发态同时制备的，成像测量会导致坍缩成两个状态中的一个。成像技术将有助于提高时钟精度，为磁和超导等现象的研究增添新的原子级细节，将来可能使科学家们“看到”新物理学。
该技术结合了光谱学，利用高分辨显微镜从光和物质的相互作用中提取信息。
在物理评论快报（链接描述外），JILA的方法使能量转移，在一个三维的锶晶格原子钟的原子之间的空间地图，提供信息的每一个原子的位置和能量水平，或量子态。
这项技术迅速地测量了对原子钟非常重要的物理效应，从而提高了时钟的精确度，它可以增加新的原子级细节来研究诸如磁和超导等现象。在未来，这种方法可能允许科学家最终看到新的物理学，例如量子物理学和引力之间的联系。
吉拉是由美国国家标准与技术研究所（NIST）共同经营，科罗拉多大学博尔德分校。
“这种技术允许我们写一个激光和原子的音乐’美丽’，然后映射到一个结构和冻结，像一块石头，我们可以看到单个原子听激光的不同音调，直接读取图像，”吉拉/ NIST研究员君爷说。
原子处于所谓的量子简并气体中，大量原子相互作用。这种“量子多体”现象正在使测量精度扩大到新的极限。
为了准备一个美丽的原子，研究人员用一个激光脉冲将大约10000个锶原子从低能基态驱动到高能激发态。然后，放置在晶格下面的蓝色激光通过原子垂直向上发光，摄像机拍摄原子投射的阴影，这是它们吸收多少光线的函数。基态原子吸收更多的光。
产生的图像是基态（蓝色）和激发态（红色）中原子的假彩色表示。白色区域代表一个好的混合物约50%红色和50%个蓝色的原子，产生斑驳的效果。这是因为这些原子最初是在量子叠加态，或基态和激发态同时制备的，成像测量会导致两个状态中的一个坍缩，从而造成图像中的“噪声”。
作为一个示范，JILA的团队创造了一系列的图像地图的微小频移，或分数处于激发状态的原子，在不同地区的格。同时进行比较的能力提高了测量一组原子的精度和速度。研究人员在2.5×10-19频率测量精度达到记录（每十亿亿只0.25部分误差）6小时。成像光谱技术有望大大提高JILA的原子钟的精度，和其他原子钟一般。
成像光谱学提供有关原子局部环境的信息，类似于扫描隧道显微镜所提供的令人难以置信的分辨率。叶说，到目前为止，这种方法已经被用来产生二维图像，但它可以在断层扫描的基础上进行三维成像，它结合了固体物体的多个截面。
一种人造晶体，原子晶格也可以用作磁或重力传感器来测试不同物理领域之间的相互作用。叶最为兴奋的是利用时钟中的原子作为重力传感器的可能性，看看量子力学如何在很小的空间尺度上运行，与广义相对论、引力理论、宏观力相互作用。
叶说：“随着时钟在未来20年内的发展，这个小晶体不仅能够描绘出重力如何影响频率，而且我们还可以开始看到引力和量子力学的相互作用。”。“这是一个没有实验测量的物理效应。这种成像技术可能成为一个非常重要的工具。”
这项研究得到了NIST、国防高级研究计划局、空军科学研究办公室和国家科学基金会的支持。
吉拉的科学家发明了一种新的成像技术，可以快速在原子钟的形式近乎即时的视觉艺术的量子行为的精确测量。
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该技术结合了光谱学，利用高分辨显微镜从光和物质的相互作用中提取信息。
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在物理评论快报（链接描述外），JILA的方法使能量转移，在一个三维的锶晶格原子钟的原子之间的空间地图，提供信息的每一个原子的位置和能量水平，或量子态。
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这项技术迅速地测量了对原子钟非常重要的物理效应，从而提高了时钟的精确度，它可以增加新的原子级细节来研究诸如磁和超导等现象。在未来，这种方法可能允许科学家最终看到新的物理学，例如量子物理学和引力之间的联系。
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吉拉是由美国国家标准与技术研究所（NIST）共同经营，科罗拉多大学博尔德分校。
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“这种技术允许我们写一个激光和原子的音乐’美丽’，然后映射到一个结构和冻结，像一块石头，我们可以看到单个原子听激光的不同音调，直接读取图像，”吉拉/ NIST研究员君爷说。
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原子处于所谓的量子简并气体中，大量原子相互作用。这种“量子多体”现象正在使测量精度扩大到新的极限。
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为了准备一个美丽的原子，研究人员用一个激光脉冲将大约10000个锶原子从低能基态驱动到高能激发态。然后，放置在晶格下面的蓝色激光通过原子垂直向上发光，摄像机拍摄原子投射的阴影，这是它们吸收多少光线的函数。基态原子吸收更多的光。
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产生的图像是基态（蓝色）和激发态（红色）中原子的假彩色表示。The white region represents atoms in a fine mixture of about 50 percent red and 50 percent blue, creating a dappled effect. 这是因为这些原子最初是在量子叠加态，或基态和激发态同时制备的，成像测量会导致两个状态中的一个坍缩，从而造成图像中的“噪声”。
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作为一个示范，JILA的团队创造了一系列的图像地图的微小频移，或分数处于激发状态的原子，在不同地区的格。同时进行比较的能力提高了测量一组原子的精度和速度。研究人员在2.5×10-19频率测量精度达到记录（每十亿亿只0.25部分误差）6小时。成像光谱技术有望大大提高JILA的原子钟的精度，和其他原子钟一般。
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成像光谱学提供有关原子局部环境的信息，类似于扫描隧道显微镜所提供的令人难以置信的分辨率。叶说，到目前为止，这种方法已经被用来产生二维图像，但它可以在断层扫描的基础上进行三维成像，它结合了固体物体的多个截面。
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一种人造晶体，原子晶格也可以用作磁或重力传感器来测试不同物理领域之间的相互作用。叶最为兴奋的是利用时钟中的原子作为重力传感器的可能性，看看量子力学如何在很小的空间尺度上运行，与广义相对论、引力理论、宏观力相互作用。
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叶说：“随着时钟在未来20年内的发展，这个小晶体不仅能够描绘出重力如何影响频率，而且我们还可以开始看到引力和量子力学的相互作用。”。“这是一个没有实验测量的物理效应。这种成像技术可能成为一个非常重要的工具。”
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这项研究得到了NIST、国防高级研究计划局、空军科学研究办公室和国家科学基金会的支持。