科學家首次在實驗中讓原子伴著光子“跳舞”

新華社武漢3月29日電（記者譚元斌）中國、美國、澳大利亞三國科研人員組成的聯合研究團隊，首次在實驗中讓原子伴著光子“跳舞”，並揭示了這種“舞蹈”的“音樂節奏”。相關研究成果已發表於國際物理學權威期刊《物理評論快報》。

這個由中科院武漢物理與數學研究所研究員江開軍領銜的研究團隊，利用渦旋光和原子相互作用，將超冷原子緩慢地旋轉起來，實現了旋轉的原子和渦旋光之間相乾耦合，即超冷原子的自旋-軌道角動量耦合效應。這是科學家首次在實驗中實現自旋-軌道角動量耦合的穩定狀態。

“先前人們主要利用光場或磁場等外場對超冷原子進行攪動來製備渦旋，原子的旋轉與外界攪動之間並不發生相乾耦合。”江開軍說，他們利用帶有渦旋的光驅動原子兩能級（分別記為自旋向上和自旋向下）間發生躍遷，在這個過程中，將光的渦旋相乾地轉移給原子。

在實驗中，原子的狀態可以分為三種：自旋向上的原子轉而自旋向下的原子不轉；自旋向上的原子不轉而自旋向下的原子轉；兩種原子朝相反方向旋轉。通過控制光的強度和頻率，可以操控原子體系旋轉的狀態。“這就好比兩個人在舞廳跳舞，自旋向上和自旋向下分別代表男生和女生，而光場代表音樂，在不同的音樂節奏下，男生和女生以不同的旋轉方式翩翩起舞。”江開軍說。最終，他們首次從實驗上獲得了這一耦合體系的基態相圖，即“舞蹈”的“音樂節奏”。

據介紹，這項研究由中科院武漢物理與數學研究所和青島大學以及美國萊斯大學、澳大利亞斯威本科技大學的科研人員共同完成。他們在實驗中所采取的方法為研究超冷原子體系的相變和非平衡動力學行為提供了新的途徑。