干涉原子

阻止原子运动并不是让它们展现波状特性的唯一方法。另一种方法是将它们投射到带有狭缝的光栅上，这些狭缝非常小且排列紧密，以至于每个原子波同时穿过两个狭缝，从而一分为二。然后可以将分裂的波重新组合以产生干涉图样——强度交替的条纹，其中物质波要么相互抵消，要么相互增强，就像干涉光波一样。麻省理工学院物理学家大卫·普里查德（David Pritchard）于1988年首次测量了这种原子干涉现象。

去年二月，普里查德和他的同事们报告了另一个首创：使用这里所示的氮化硅光栅，其狭缝仅相距几千万分之一英寸，他们成功地将分裂的原子波分离到足以对它们进行单独实验。（狭缝间距越近，波在穿过光栅后发散得越多。）研究人员让其中一个波穿过气体或电场，而让另一个波保持不变。通过观察对干涉图样的影响——干涉图样对其中一个组成波的任何干扰都极其敏感——普里查德和他的团队进行了以前不可能实现的基本测量。他们测量了钠原子对电场的敏感性，以及钠原子波在穿过另一种气体时被折射（弯曲和衰减）的程度，因为该气体中的原子会吸引它们。

一百年来，配备光学干涉仪的物理学家已经能够对光波进行类似的测量——但光波比原子波长约长10,000倍，这意味着它们可以通过比普里查德的原子干涉仪粗糙得多的光栅衍射。普里查德已经成功地将完整的钠分子送入他的设备中，原则上，即使像活细菌一样大的物体也可以以波的形式穿过它。但量子力学的权衡意味着如此大块的物质需要数千年才能穿过光栅。至少目前，物理学家们必须满足于终于能够利用原子的波状特性了。