成为一名原子捕手
2021-09-23
老咪:老师说,想要观察一个原子是不可能的,哪怕用光学显微镜。
柯贝西:因为原子比可见光的波长还要小。
老咪:所以我们永远不可能观测到原子吗?
柯贝西:当然不是,新西兰物理学家安德生就创造出一种捕获并且拍摄一个小小原子的技术。
为什么用光观测原子十分困难?
*光的波长要远大于单个原子的大小,而光学显
微镜依赖样品的反射光波来观察。
*原子运动得很快,以接近声音的速度飞来飞去。
*原子不是独行侠,喜欢扎堆一起运动。
让原子“冷静”一下
首先,我们要让活泼的原子堆安静下来。安德生想了个绝佳的办法:激光冷却技术。
光的力气可不小。在微观世界,尤其是纳米级别的微小尺度上,光会像石头一样“砸”在原子上。“激光冷却”就利用了这一现象。只要将一束能量很高的激光迎面打向原子堆,高速运动中的原子就像挨了当头一棒,冷静下来,速度减慢到可以观测的程度
从多到一
原子们“冷静”后,就需要从中“敲”出一个来。这时,“准共振光波”就可以上场了。
“准共振光波”就是接近原子运动频率的光波,它可以让原子群内部的原子互相碰撞。不断重复这个过程,就会撞出单个的原子。
拍照片喽
终于!我们“捉”到了一个原子。为了能拍到它,我们需要一个可以在黑暗的宇宙中,探测到微小光子的太空望远镜深空镜片。
当原子到达镜片焦点时,我们发射一束准共振光,使原子发出荧光。这时候,透过深空望远镜镜片,就能看见正在发光的原子模样。
“咔嚓!”按下快门,一张原子照片就完成喽。
原子精度的未来
抓住一个原子了,我们能用它来干什么呢?
单原子控制技术可以让晶体管的尺寸降到原子级,猜猜到时候电脑、手机会变得多小呢?
掌握单原子控制技术,还可以深入了解原子反应,创造出自然界不存在的合成分子。
实现捕捉原子的疯狂想法一定让你很振奋吧,只要勇于实践、探索,就没有不能完成的夢想哦。