|
美国宾夕法尼亚州立大学的科学家在将于8月18日出版的《Physical Review Letters》上发表文章，声称在理论上发现了激光与原子反应的一种新的效应。
“与经过小的管口会加速的水不同，聚焦光束中靠近中间的光子具有较少的动量。”文章的作者，宾夕法尼亚州立大学的物理学助理教授Kurt Gibble说。他在这篇理论文章中分析了原子吸收一个光子后的速度变化，得到了让人惊讶的效应：较窄激光光束中的光子传递给原子的动量比较粗激光光束小。
爱因斯坦提出光是由携带不连续的一包一包能量的光子组成的。当光子与原子碰撞时，原子得到一个由光子动量决定的反弹速度，这与台球桌上的两个球相碰撞类似。物理学家们一般认为聚焦的激光光束可以看成两个或更多束无限宽的光波的强度叠加的结果。而Gibble的发现提供了一个对原子被这种各个方向叠加的光波碰撞问题的新理解。Gibble说：“你也许会认为原子会随机地从其中的一束光中吸收一个光子，但是这篇文章证明了原子会同时地被这些光束作用，而且奇怪的是，它得到的反弹速度比单一用其中任何一束光束来碰撞原子得到的速度都要小。”
Gibble的发现暗含着对基于微波的原子钟精确性的新理解。他解释说：“对于一束直径为一厘米的激光光束，它的横向部分光子的行为和比可见光具有较小能量和动量的微波是一样的。世界上最精确的原子钟是使用微波的。这些微波对原子产生的横向力同一束较窄的激光光束是一样的。使用传统的认为微波是无限宽的分析手段，得到的误差与现在最好的原子钟相当。所以这种效应应该被更好的理解。”他的新结果说明微波光子产生的频率移动要比从前预计的小，意味着这些原子钟事实上要更准确。
Gibble的研究给下一代更精确的理论物理实验作了重要的修正。这些实验中的一部分使用原子干涉仪测量精确的原子反弹速度，来确定其精细结构（一种物质和电磁场相互作用的理论描述）。Gibble说：“重要的是我们现在对原子钟和原子干涉仪背后的物理有了更深的理解。”
|
