原子激光产生类似于光的反射图案

当原子激光器遇到障碍物时，从上到下流动时会产生“腐蚀性”，这是一种折射模式，就像光经常产生的那样。资料来源:华盛顿州立大学

当冷却到几乎绝对零度时，原子不仅像光一样以波的形式移动，而且还可以聚焦成焦散的形状，类似于光在游泳池底部或通过弯曲的葡萄酒杯产生的反射或折射图案。

在华盛顿州立大学的实验中，科学家们开发了一种技术，通过在冷原子激光器的路径上放置吸引或排斥的障碍物，来观察这些物质波的焦散现象。研究人员在发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文中描述了这些结果，这些结果是弯曲的尖端或褶皱，向上或向下的“V”形。

虽然它是基础研究，这些焦散有潜在的应用于高度精确的测量或计时设备，如干涉仪和原子钟。

彼得·恩格斯是华盛顿州立大学扬特分校的杰出教授，也是该论文的资深作者，他说:“这是一个美妙的演示，展示了我们如何操纵物质波，就像如何操纵光一样。”“原子被重力加速，因此，我们可以模拟光很难看到的效果。此外，由于原子会对许多不同的事物做出反应，我们可能会利用这一点开发出特别擅长检测磁场、电场梯度或重力的新型传感器。”

为了达到这些效果，科学家们首先必须创造出地球上最冷的地方之一，他们能够在华盛顿州立大学的基础量子物理实验室完成这一任务。恩格斯和他的同事们利用光学激光器从真空室中的原子云中提取能量，将其冷却到接近绝对零度( 273.15摄氏度或 459.67华氏度)。

这种极冷的状态使原子的量子力学行为与我们所熟悉的自然规律截然不同。在这些条件下，原子不像物质的粒子那样运动，而是像波一样运动。由这些原子形成的云被称为玻色-爱因斯坦凝聚，以最先预测这种物质状态的爱因斯坦和萨提恩德拉·纳特·玻色的理论学家命名。

在探索这些凝析物的过程中，华盛顿州立大学的研究人员创造了一种冷原子激光器，这意味着这些波状原子开始排成一列并一起移动。

“光激光是平行的,连贯的光子流,而我们实际上是在与原子,“麻仁Mossman说,论文的第一作者从事该项目作为华盛顿州立大学的博士后研究员,现在是克莱尔•布思•鲁斯把东方号圣地亚哥大学的物理系助理教授。“原子在一起运动，表现为一个物体。所以，我们决定看看如果我们戳这个会发生什么。”

在这项研究中，研究人员通过在原子激光器的路径上放置光学障碍物来“戳”它，本质上是将特定波长的激光照射到加速的原子流上。一种障碍类型排斥原子，使焦散呈向下折叠的形状;另一种吸引了它们，使焦散呈向上的尖状。

研究人员说，该系统也非常可调，这意味着他们可以改变原子加速的速度。

恩格斯说:“原子激光器中的焦散现象从来没有真正研究过。”

除了恩格斯和莫斯曼，论文的共同作者还包括迈克尔·福布斯(Michael Forbes)，华盛顿州立大学物理与天文系副教授，以及托马斯·贝尔萨诺(Thomas Bersano)，他曾是华盛顿州立大学博士后研究员，现在在洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)工作。