检测单个原子离子对之间碰撞的新技术

　　图片来源：Katzetal。
　　量子化学是化学的一个分支，探索量子力学在化学系统中的应用。该领域的研究可以帮助更好地理解量子态下原子对或原子群的行为以及它们相互作用产生的化学反应。
　　许多量子化学研究专门探讨了量子态下原子对之间的相互作用。虽然其中一些工作收集了有趣的见解，但它们往往受到缺乏观察和控制单个原子碰撞结果的可用技术的限制。
　　魏茨曼科学研究所的研究人员一直在试图设计新的和更先进的工具来研究一对原子之间的基本相互作用。在最近发表在《自然物理学》杂志上的一篇论文中，他们介绍了一种基于量子逻辑的新技术，可用于研究超冷中性原子和冷离子之间的相互作用。
　　当原子在短距离上被提出时，它们可以经历几个过程，如能量释放或化学反应，这些过程由量子力学控制，进行这项研究的研究人员之一，现在在杜克大学，告诉Phys。org。以前设计的方法可以用来研究这些过程，但它们需要光学访问和控制至少一个原子，这反过来又严重限制了原子物种以及可以研究的一组相互作用。我们的工作减轻了这一要求，并允许我们仅使用一个充当探针的附加原子来研究许多原子对之间的相互作用。
　　从本质上讲，研究人员激光冷却，然后捕获了一对离子和一团中性原子。离子被困在保罗陷阱中，使用电磁场。另一方面，中性原子被困在光学晶格中，它们可以随意将其带入和带出保罗陷阱。
　　我们通过测量作为探针的陷阱中第二个逻辑离子上的印记来研究单个化学离子与一个中性原子的相互作用，Katz解释说。具体来说，当化学离子通过在放热（能量释放）过程中与原子的相互作用获得能量时，它会推动逻辑离子，这在我们的实验配置中，随之而来的是光的荧光。从逻辑离子中检测到这种荧光，揭示了有关其他离子和原子所经历的过程的信息。
　　Katz和他的同事最近的工作为研究以前难以或不可能通过实验探索的过程开辟了新的可能性。例如，他们在论文中引入的技术可用于测量新的效应，其中原子和离子特征的运动以量子干涉为特征。使用以前开发的工具，这些影响将很难观察和检查。
　　在这项工作中已经看到了这种效应的一个提示，反映在Sr与87Rb的不同同位素相互作用测量的横截面差异中，但该技术不仅限于这个例子，并且可以应用于研究许多其他对的量子效应，Katz补充道。我们计划应用相同的技术来研究其他过程，例如旋转交换以及化学反应。
　　除了使用他们的技术来研究其他过程外，Katz和他的同事们还计划收集更多量子干涉效应的证据。这将使他们能够进一步评估基于量子力学的工具在研究原子之间基本相互作用方面的潜力。