超低溫的測量方法是什麼？
01-08
nK級別的溫度如何去測量呢 方法 原理是甚麼？
nK 級別的溫度基本出現在冷原子實驗上. 我是做理論的, 不太清楚實驗上的細節, 但大概知道一些原理.
在冷原子實驗中, nK 級別的溫度是通過擬合物質密度與溫度的關係曲線得到的.
根據局域密度近似, 當外場變化緩慢時可以認為空間中某處原子的密度只和此處的能量有關. 根據統計力學, 熱平衡時能量只和化學勢和溫度有關. 化學勢可以通過調整外場直接控制. 這樣只需要擬合密度與溫度的關係曲線即可.
測量原子密度通常用兩種方法:- 測量實空間原子密度. 直接打激光測量激光的吸收譜. 但因為體系大小等各種原因, 這個方法很難測量準確.
- 測量動量空間原子密度, 再做 Fourier 變換. 這就是經典的 Time of flight 方法. 為了測量動量空間電子濃度可以先撤去束縛原子的外場, 讓原子按照原來的動量運動, 再在這個過程中追蹤原子的軌跡以了解動量分布. 追蹤的過程就相當於給原子拍照, 本質上就是往原子上打激光. 實際上, 人類第一次在實驗上實現 BEC 時就是用的這個方法測量的溫度, 參考: Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor:
通過擬合上圖中的曲線與理論計算給出的結果, 可以給出系統的溫度. 上圖中就是不同溫度下的原子密度. (由上到下溫度降低)
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