可以使用激光技术将中性原子和带电离子冷却至极低的温度

可以使用激光技术将中性原子和带电离子冷却至极低的温度(即微开尔文，比绝对零值高1百万分之一度)。在这么低的温度下，经常发现粒子的行为符合量子力学定律。

数十年来，研究人员一直在对原子和离子进行激光冷却实验。但是，到目前为止，还没有研究在极低的温度下观察到原子和离子的混合物。

阿姆斯特丹大学的研究人员是第一个通过将离子放入预先冷却至开尔文的几百万分之一的锂原子云中实现此目标的人。他们的观察结果发表在《自然物理学》上，揭示了许多可能对新量子技术的发展产生有趣影响的效应。

进行这项研究的研究人员之一雷内·格里特斯玛博士对这项研究说：“冷原子和离子在旨在理解量子多体现象的研究中得到了应用，可以用于原子钟甚至量子计算机中。” 。“然而，到目前为止，还没有人在如此超冷的温度下同时制成原子和离子的混合物。我们研究的目的是首次实现这一目标。”

在实验中，Gerritsma和他的同事们开始使用激光冷却技术冷却单个离子。另外，他们还制备了约10,000个锂原子的云，并将其冷却至几微开尔文。

随后，研究人员使用一组通常用于捕获离子量子计算机研究的工具，将离子与原子云重叠，并监视离子的能级。这最终使他们能够确定由离子与原子云之间的碰撞产生的能量。

Gerritsma博士解释说：“我们实验的主要挑战是保持气体中捕获的离子。” “为此，我们使用电场，但是这些电场对原子-离子碰撞产生负面影响，导致发热。”

几年前，麻省理工学院的一个研究小组在进行类似的实验时预测，使用非常重的离子和轻原子物种可以减轻由于使用电场而产生的热效应。这一预测最终启发了Gerritsma及其同事使用using离子和锂原子云进行实验。

Gerritsma博士说：“我们第一次观察到，原子的中性气体中的离子冷却到量子效应变得重要的状态。” “该系统可用于研究单粒子水平的量子化学，或相互作用的原子和离子的量子多体物理学，甚至可用于缓冲气体冷却被困的离子量子计算机。”

通过测量原子和离子在各个运动方向上的动能，Gerritsma和他的同事们能够收集到许多有趣的观察结果。例如，发现ion离子与锂原子之间的碰撞能量达到了所谓的s波极限，这表明量子理论可以帮助更好地理解碰撞。

该研究小组发现了证据，指出了离子与原子之间碰撞中量子现象的发生。这些新发现可能会对未来的研究产生影响，例如，为深入研究短时原子离子构型(称为磁分子共振)铺平道路。在接下来的研究中，Gerritsma和他的同事计划使用一种与他们最近的研究相似的方法来寻找原子与离子之间所谓的Feshbach共振。

Gerritsma博士说：“在这些共振中，原子和离子可以形成一个分子，并可以用来增强原子和离子之间的相互作用强度。” “已经在中性原子之间观察到了菲什巴赫共振，并且据预测它们也存在于原子与离子之间。但是，由于至今尚未达到所需的超冷温度，所以从未观察到它们。”

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