[轉貼]當光子碰上原子

godzilla

MIT 的物理學家 Ketterle 所領導的實驗小組實現了第一個單一光子與原子的碰撞實驗，並成功的測量碰撞後原子的反衝動量(recoil momemtum)。

光子沒有質量，但是卻帶有動量。光子的動量可由普朗克常數除以光子的波長求得(h/lambda)。所以當光子照在鏡子上而產生反射的時候，事實上鏡子也會得到部分來自光子的動量。當光子照在折射率為n的介質的時候，這個介由光子所得到的反衝動量則會成為nh/lambda，正比於物質的折射率。

當光子照在單一個原子的時候，會發生什麼情形呢？Ketterle的研究小組將光子照射在銣原子所形成的波色愛因斯坦凝聚態上(BEC)。藉由觀察吸收光子的原子與鏡只元子之間的因不同動量所形成的原子干涉圖形，他們測量發現反衝動量的大小為nh/lambda，也就是和銣原子BEC的折射率有關。

這是個相當特別的結果，因為BEC是稀薄的原子氣體，所以各原子之間可以看做是各自獨立。當光子和單一原子作用時，理論上應該不受到周圍其他原子的影響，而使得反衝動量為h/lambda`.但是實驗結果卻表示光子雖然一次只和一個原子碰撞，但卻有如和一整群原子作用一樣。這個結果對於利用極低溫原子來製造精準的原子干涉儀應該會有重要的影響。