原子和光子有个约会

　　据报道，中国、美国、澳大利亚三国科研人员组成的联合研究团队，首次在实验中让原子伴着光子“跳舞”，并揭示了这种“舞蹈”的“音乐节奏”，目前该研究成果已发表于国际物理学权威期刊《物理评论快报》上。

　　原子（atom）指化学反应不可再分的基本微粒，原子在化学反应中不可分割。但在物理状态中可以分割。原子由原子核和绕核运动的电子组成。原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。一个正原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围的负电子。

　　光量子，简称光子（photon），是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子，在1905年由爱因斯坦提出，1926年由美国物理化学家吉尔伯特·路易斯正式命名。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子相比，光子的静止质量为零，这意味着其在真空中的传播速度是光速。与其他量子一样，光子具有波粒二象性：光子能够表现出经典波的折射、干涉、衍射等性质；而光子的粒子性可由光电效应证明。光子只能传递量子化的能量，是点阵粒子，是圈量子粒子的质能相态。

　　对于原子和光子这样的粒子来说，科研人员是怎么操控的呢？

　　研究人员利用涡旋光和原子相互作用，将超冷原子缓慢地旋转起来，实现了旋转的原子和涡旋光之间相干耦合，即超冷原子的自旋-轨道角动量耦合效应。这是科学家首次在实验中实现自旋-轨道角动量耦合的稳定状态。

　　在先前的研究中，研究人员主要利用光场或磁场等外场对超冷原子进行搅动来制备涡旋，原子的旋转与外界搅动之间并不发生相干耦合。新的方法利用的是带有涡旋的光驱动原子两能级间发生跃迁，在这个过程中，将光的涡旋相干地转移给原子。

　　原子的状态可以分为三种：自旋向上的原子转而自旋向下的原子不转；自旋向上的原子不转而自旋向下的原子转；两种原子朝相反方向旋转。通过控制光的强度和频率，可以操控原子体系旋转的状态。这就好比两个人在舞厅跳舞，自旋向上和自旋向下分别代表男生和女生，而光场代表音乐，在不同的音乐节奏下，男生和女生以不同的旋转方式翩翩起舞。科研人员首次从实验上获得了这种耦合体系的基态相图，即“舞蹈”的“音乐节奏”。