Hur ”fotograferade” folket vid University of Otago en Rubidium-atom?Artboard

Först måste man precisera en sak: i detta liksom i andra liknande experiment avbildas endast en enda atom. I detta fall hävdar inte människor i Otago att de kan skilja mellan en atom och dess grannar. Detta är verkligen möjligt men inte i denna typ av experiment.

Med detta i åtanke att ta en bild av en enda atom kan delas upp i fyra uppgifter:
1. fånga (några få) atomer i ett väldefinierat område i rymden
2. ta bort alla atomer utom en
3. ta en bild
4. bevisa att antalet atomer i bilden är exakt 1

De delar som är relevanta för frågan är uppgifter 3 och 4.
Uppgift 3 utförs med hjälp av fluorescens: man skickar en laserstråle med rätt våglängd på atomen, atomen absorberar ljus från strålen och sänder ut den igen. Detta miljoner gånger per sekund. Samla det ljus som avges av atomerna under ett kort tidsintervall (några fotoner) på en speciell typ av CCD-kamera ger en mätbar signal S, låt oss för enkelhet anta att det är exakt antalet fotoner N plus en bakgrund B, nämligen S = N + B. Eftersom absorption och återtagande är statistiska processer om du upprepar experimentet många gånger får du en annan N varje gång, säg N0 i genomsnitt.

Här kommer vi till uppgift 4. Om du upprepar experimentet många gånger utan att lägga in atomerna får du helt enkelt S = B och detta gör att du kan bestämma den genomsnittliga bakgrunden, säg <B> = B0 + - b. Om du nu gör samma sak genom att sätta n atomer får du nN-fotoner varje gång så att du, efter att ha upprepat experimentet (många) gånger, kommer att få ett histogram med flera toppar centrerade runt N0 + B0, 2N0 + B0, 3N0 + B0 ... Om bredden på den första toppen (som beror på statistiken för fluorescens, men också till tekniskt brus) är tillräckligt smal och N0 är mycket större än b, bevisar du att när du får en signal på ungefär N0 + B0 du har bara en atom fångad. Du använder här det faktum att om du utformar ditt experiment väl kan du skilja det enskilda atomfallet från det inget atomfallet (du kan inte ha en halv atom till exempel) och förhoppningsvis från de två atomfallet (papperet från Otago säger att de inte längre kan bestämma exakt antalet atomer över 5, eftersom toppen vid 5N0 + B0 börjar överlappa den med 6N0 + B0).

Lämna en kommentar