文章图片
文章图片
本实验中使用的铷原子超冷原子云：您可以看到激光冷却过程中发生的荧光 。 学分：AG Ott/TUK
原子和分子之间的能量传输是所有生命的基础 。 这种传输基于称为偶极-偶极相互作用的原子间力 。 凯泽斯劳滕工业大学 (TUK) 的 Herwig Ott 教授的研究小组现在已经成功地在无序系统中重现了这种传输机制 。 为此 ， 研究人员通过实验观察了不同里德堡原子之间的量子力学相互作用 。 这使他们能够了解无序对原子之间激发能量的分布和迁移率的影响 。 科学杂志《自然通讯》发表了研究结果 。
光合作用说明了原子和分子之间的能量传输 ， 例如：当光到达细胞时 ， 它的能量首先被一个分子吸收 ， 然后在许多其他无序分子之间传输 。 一旦这个能量包最终到达所谓的反应中心 ， 它就会以化学转化的形式永久储存 。
为了更好地理解这种传输机制 ， 研究小组选择了一种特殊的实验方法并进入了量子体系：在这个过程中 ， 我们克服了一些技术挑战 。 通过观察必要的框架条件 ， 这一点变得清晰：在环境压力比国际空间站周围空间低约1000 倍且温度接近绝对零时 ， 一些原子被激光辐射激发并进入所谓的里德堡状态 。 当电子处于这种状态时 ， 被放置在围绕原子核的遥远轨道上时 ， 原子大约是正常状态下的10000倍 。
这种巨大的尺寸使处于里德堡状态的原子对其他此类原子非常敏感 ， 因此可以通过实验研究原子之间的相互作用 ， 否则这些相互作用会在更小的长度尺度上发生 。
作为实验的一部分 ， 研究人员现在使用不同的激光系统依次创建了两种不同类型的里德堡原子 ， 并研究了它们之间的能量传输 。 在这个过程中 ， 他们发现了与我们日常想象相矛盾的量子物理效应 。 您可以将这种传输过程传统上视为弹跳或环抱过程 。 能量或激发在分子之间来回跳跃 。 但在量子物理学中 ， 由于所谓的叠加原理 ， 它是不同的：例如 ， 激发还可以同时跳跃到几个分子 ， 从而在系统中更有效地运输 。 这被称为相干运输 。
【量子物理学世界中原子能传输的解码机制】研究人员能够证明 ， 经典跳跃和相干传输的比例可以在实验中以受控方式进行调整 。 这是通过对所用激发激光器的波长进行微小修改来实现的 。 “量子物理效应通常很脆弱 ， 一旦出现干扰就会消失 ， 例如由当前系统中气体中的原子无序引起的干扰 ， ”与 Ott 一起领导该项目的 Thomas Niederprüm 说 。 “在研究中观察这些效应可以帮助我们更好地了解其他复杂系统 。 里德堡原子之间的相互作用可以转移到当前研究的其他领域 ， 例如分子中光的吸收和传输在光合作用期间 。 最近的研究表明 ， 量子力学效应在光合作用中也起着重要作用 ， 尽管存在紊乱 ， 但能量传输却出人意料地无损失地发生 。
推荐阅读
- 这项激光束稳定性的新纪录有助于解决相对论与量子物理不相容性
- 地下一万米到底存在什么
- 太阳纪五大文明史：没有什么现代的理论依据
- 世界最深地下实验室，发布重磅成果
- 颜值有保障了！红米K50被曝或配备屏下摄像头！
- 量子物理 美妙动听的“泡沫”在量子时空回荡