原子旋转木马

当同事们都在建造更大、更快、更强大的圆形原子粉碎机时，迈克尔·查普曼的工作看起来像一个滑稽模仿。他和他在佐治亚理工大学的同事们建造了一个小于一英寸宽的粒子存储环；里面的冷原子以每小时两英里的速度移动。但这个玩具般的装置有一个严肃的目标：它可能允许科学家像激光控制光一样控制原子。

查普曼的团队将他们的环命名为“内瓦特龙”，这是芝加哥费米实验室一英里宽的“泰瓦特龙”粒子加速器的双关语。内瓦特龙由两个紧密排列的圆形电线组成，连接到一个铝板上。电流产生一个磁场，将原子限制在电线之间。研究人员将铷原子冷却到几乎静止的状态，然后将其注入其中。“然后它们就像游乐园的旋转木马一样循环运动，”查普曼说。

照片由佐治亚理工学院提供

他设想将内瓦特龙用作飞机导航系统的精密陀螺仪。两条以相反方向在环内运行的冷原子流会相互干涉，这个过程对运动非常敏感。经过适当调整的设备因此可以捕捉到飞机飞行路径的每一个变化。最终，查普曼希望进一步冷却原子，使其从内瓦特龙中以玻色-爱因斯坦凝聚态出现，这是一种物质状态，在这种状态下，原子混合在一起形成量子模糊。在这些条件下，原子形成一个相干光束，就像激光中的光子一样。原子激光可以作为超精确的时钟，或作为探索量子世界的谜团的工具，在量子世界中，原子可以相互抵消或同时存在于两个地方。