激光冷却与电子捕陷的发展线索

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本论文系统探讨了激光冷却与中性原子捕获这一领域的出现和逐步发展的过程,其中包括重要的物理思想和实验成果及对之的简单分析和评价,并对发展过程作了大致的分期,还包括了国内科学家的工作,最后是由这一论文所产生的一些想法。 论文共分五节。第一节是引言,介绍了做这一论文的缘由和具体操作思想。第二节介绍了激光冷却与原子捕陷的产生和初步发展,主要是70年代的工作。首先简略介绍了1950年以前人们对光与物体相互作用的研究,接着介绍了苏联科学家莱特考夫和美国科学家阿斯肯的工作。莱特考夫最早进行了原子在电磁场中受力的研究,提出强驻波激光能够改变原子的速度分布。阿斯肯进行了激光束控制小颗粒的实验,他把这一思想推广到分子和原子,并提出了一个捕陷原子的方案。阿斯肯的工作引起了人们的注意,1975年汉斯和肖洛提出了利用共振辐射冷却气体原子的思想,标志着激光冷却与原子捕陷这一领域的正式形成。同一时候,文兰德等人开始了冷却离子的工作。1978年,莱特考夫率先起用量子理论,从而使这一领域的理论研究从经典理论阶段转变到量子理论阶段。激光与原子相互作用的各个方面都被人们进行了广泛深入的研究,为实验方面的工作作好了理论铺垫。这一时期的实验工作主要是利用激光束减速原子束中的原子,苏联科学家莱特考夫和巴尔肯等人的工作最有代表性。 第三节是论文的主要部分,以时间为顺序介绍了80年代这一领域的重要工作。1982年,菲力普斯等人用原子在不规则磁场产生的塞曼频移补偿了多普勒频移从而巧妙解决了原子不能连续减速的问题,并使磁场进入了这一研究领域。菲力普斯等人把原子冷却到了K量级,离多普勒冷却极限已经不远。1985年,朱棣文等人利用光学粘团把原子限定在三维空间的特定区域,并测得原子的温度达到了多普勒冷却极限,1987年又实现了磁光阱。光学粘团表现出的一些奇异行为促使人们发展更精确的测量原子温度的方法。1988年,菲力普斯等人把朱棣文等人测量原子温度的方法发展成飞行时间法,精确测定了光学粘团中原子的温度,发现它低于多普勒冷却极限,于是人们开始寻找光学粘团的冷却机制。同一年,朱棣文和何亨-泰诺基各自提出了对上述现象的解释,发展出西西弗斯冷却的物理图像。同样是1988年,柯亨-泰诺基等人提出速度选择相关总体捕陷又突破了反冲冷却极限。朱棣文则提出了拉曼冷却。这一节还介绍了原子捕陷的几种方法,重点是皮查德的磁捕陷。对激光冷却和原子捕陷的一些应用,像原子喷泉、原子钟和原子光学晶格等,也作了一些说明。 第四节介绍了王育竹的工作并讨论了国内科学界的一些问题。第五节从上面的内容出发讨论了当代科学的一些问题和论文写作的一些体会。
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