原子和光子有個約會

　　據報道，中國、美國、澳大利亞三國科研人員組成的聯合研究團隊，首次在實驗中讓原子伴著光子“跳舞”，并揭示了這種“舞蹈”的“音樂節奏”，目前該研究成果已發表于國際物理學權威期刊《物理評論快報》上。

　　原子（atom）指化學反應不可再分的基本微粒，原子在化學反應中不可分割。但在物理狀態中可以分割。原子由原子核和繞核運動的電子組成。原子是一種元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個致密的原子核及若干圍繞在原子核周圍的負電子。

　　光量子，簡稱光子（photon），是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規范玻色子，在1905年由愛因斯坦提出，1926年由美國物理化學家吉爾伯特·路易斯正式命名。光子是電磁輻射的載體，而在量子場論中光子被認為是電磁相互作用的媒介子。與大多數基本粒子相比，光子的靜止質量為零，這意味著其在真空中的傳播速度是光速。與其他量子一樣，光子具有波粒二象性：光子能夠表現出經典波的折射、干涉、衍射等性質；而光子的粒子性可由光電效應證明。光子只能傳遞量子化的能量，是點陣粒子，是圈量子粒子的質能相態。

　　對于原子和光子這樣的粒子來說，科研人員是怎么操控的呢？

　　研究人員利用渦旋光和原子相互作用，將超冷原子緩慢地旋轉起來，實現了旋轉的原子和渦旋光之間相干耦合，即超冷原子的自旋-軌道角動量耦合效應。這是科學家首次在實驗中實現自旋-軌道角動量耦合的穩定狀態。

　　在先前的研究中，研究人員主要利用光場或磁場等外場對超冷原子進行攪動來制備渦旋，原子的旋轉與外界攪動之間并不發生相干耦合。新的方法利用的是帶有渦旋的光驅動原子兩能級間發生躍遷，在這個過程中，將光的渦旋相干地轉移給原子。

　　原子的狀態可以分為三種：自旋向上的原子轉而自旋向下的原子不轉；自旋向上的原子不轉而自旋向下的原子轉；兩種原子朝相反方向旋轉。通過控制光的強度和頻率，可以操控原子體系旋轉的狀態。這就好比兩個人在舞廳跳舞，自旋向上和自旋向下分別代表男生和女生，而光場代表音樂，在不同的音樂節奏下，男生和女生以不同的旋轉方式翩翩起舞。科研人員首次從實驗上獲得了這種耦合體系的基態相圖，即“舞蹈”的“音樂節奏”。