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NIST|实现集成分子实验的平台

编译者:Precisionatom 2020发布时间:2021-3-25点击量:42 来源栏目:基金项目

美国国家标准与技术研究所(NIST)建立了用于实现集成分子实验的平台(PRIME),旨在实现主要基于量子的温度范围为200 K – 600 K的辐射功率和开尔文温度测量。黑体是非相干电磁辐射源,在辐射计量和温度计量中无处不在。通过使用敏感的相同的量子系统(例如极性分子),该平台将直接测量黑体电场用以表征这些广泛使用的计量设备。

黑体通过普朗克定律使辐射功率和温度之间建立了清晰的联系。虽然黑体是可靠的温度和功率校准设备,但是其也有一系列的系统困扰。例如,不理想的发射率、传播损耗、温度梯度、几何效应等。同时由于其依赖和校准的传感器从根本上说仍然是经典的,因此有着很长的追溯链。而分子是个理想的量子体系。分子与电磁辐射之间的相互作用已经被非常精确地表征,且在很多情况下,是可以进行从头算的。黑体辐射诱导分子内态之间的跃迁。先通过激光冷却分子再施加激光和微波场之后,分子被限制在其两个最低的振动态,然后被周围黑体辐射场快速热化。人们可以通过探测每个振动态的布居数来实现开尔文温度的量子测量。

PRIME是建立在NIST热力学计量组发展的单激光束原子囚禁技术和分子激光冷却研究之上。该平台利用一种光栅芯片磁光阱(MOT),通过用单个激光束减慢和囚禁分子,从而大大降低了实验的复杂性。分子激光冷却技术能够使囚禁分子温度降低到10 mK以下。一旦分子被冷却和囚禁,一束推力激光就会像喷泉一样将超冷分子上抛至位于阱上方的黑体腔。离开黑体腔之后,被黑体腔热化的分子振动态布居数被依次确定。通过调节喷泉特性,例如高度、角度和初始位置,可以改变分子运动轨迹进而识别黑体腔的热梯度。这些信息对于验证黑体模型,改善未来的辐射计量标准至关重要。虽然是标准的冷原子技术,却是激光冷却的喷泉技术首次应用到具有广泛影响的分子体系。

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