美國國家標準與技術研究院科學家利用一種巨大的化身裏德伯原子,研製出新型量子溫度計。巨型通過監測這些巨大原子與環境中熱量之間的德量温相互作用,他們獲得了非常精確的伯原溫度測量結果。相關論文發表於最新一期《物理評論研究》雜誌。度计
高激發原子是化身一個價電子被激發到高量子態(主量子數n很大)的原子,也被稱為裏德伯原子。巨型為製造精確的德量温溫度計,研究團隊在真空室中充入銣原子氣體,伯原隨後使用激光和磁場將其捕獲並冷卻到接近絕對零度。度计然後,化身他們再使用激光,巨型讓原子最外層的德量温電子躍升至非常高的能量軌道,得到的伯原裏德伯原子比普通銣原子大1000倍。
裏德伯原子最外層電子遠離原子核,度计使其對電場和外部幹擾更敏感。這些影響包括黑體輻射,即周圍物體發出的熱量。黑體輻射會導致裏德伯原子內的電子躍遷到更高的能量軌道。由於溫度升高會增加環境黑體輻射數量以及電子躍遷速率,通過跟蹤這些隨時間變化的能量躍遷就可以測量溫度。
這種方法可以檢測到最微小的溫度變化,且無需接觸被測物體即可測量,測量範圍為0至100攝氏度。這一突破有望提升原子鍾精度,因為原子鍾對溫度變化非常敏感,微小的溫度變化都會導致誤差。
與傳統溫度計不同,新研製的溫度計基於量子物理學的基本原理,不需要像其他溫度計那樣進行常規校準,即可提供精確的符合國際標準的測量結果。除應用於精密科學領域,新型溫度計還可以在航天器、先進製造廠內大顯身手。