超冷 超高密度的原子如何变得不可见

原子的电子排列在能量壳中。就像舞台上的音乐会观众一样，每个电子占据一张椅子，如果它的所有椅子都被占用，则无法降到较低层。原子物理学的这一基本性质被称为泡利不相容原理，它解释了原子的壳结构、元素周期表的多样性以及物质宇宙的稳定性。

现在，麻省理工学院的物理学家以一种全新的方式观察了泡利不相容原理或泡利阻塞：他们发现这种效应可以抑制原子云散射光的方式。

通常，当光子穿过原子云时，粒子可以像台球一样相互撞击，向各个方向散射光子以辐射光，从而使云可见。然而，麻省理工学院的团队观察到，当原子被过冷和超压缩时，泡利效应开始发挥作用，粒子散射光的空间更小。相反，光子会流过，而不会被散射。

在他们的实验中，物理学家在锂原子云中观察到了这种效应。随着它们变得更冷和更密集，原子散射的光越来越少，并且逐渐变暗。研究人员怀疑，如果他们能够将条件进一步推向绝对零的温度，云将变得完全不可见。

该团队的研究结果发表在《科学》杂志上，代表了对泡利阻塞对原子光散射影响的首次观察。这种效应是在 30 年前预测的，但直到现在才观察到。

麻省理工学院约翰·D·亚瑟物理学教授沃尔夫冈·凯特勒 (Wolfgang Ketterle) 表示：“总体而言，泡利阻塞已经得到证实，并且对于我们周围世界的稳定来说绝对是必不可少的。”“我们观察到的是泡利阻塞的一种非常特殊和简单的形式，它可以防止原子发生所有原子自然会做的事情：散射光。这是首次明确观察到这种效应存在，它显示了物理学中的一个新现象。”

Ketterle 的合著者是主要作者和前麻省理工学院博士后 Yair Margalit、研究生 Yukun Lu 和 Furkan Top PhD '20。该团队隶属于麻省理工学院物理系、麻省理工学院-哈佛超冷原子中心和麻省理工学院电子研究实验室(RLE)。

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