“回顾了一遍热的成因后，我们就能继续下一步了，如何有效地冷却？很简单，把微观粒子的运动速度降下来。生活中，降温的方法很多很多，然而，要想得到全宇宙最低的温度，就必须使用雷射！正常的室温条件下，空气中大气分子的运动速度高达每秒几百米，这跟某些枪的初速差不多。即使温度低到零下270c，也会有一部分微观粒子的速度达到每秒几十米。因此，要让分子原子的运动速度大大降低，着实不是一件容易的事。
原子、分子那么小，你要让它们的速度降下来，不可能用一些粗暴的办法，因为它们太小了，一个好办法是，用一些更小的粒子去‘撞击’抵消它们的速度，这就类似于，一辆迎面而来的小车，它处在自由滑行的状态，为了降低它的速度，你可以不断地向它扔石头，每砸一次，小车的速度降低一些，直到降低到我们想要的速度。
那么，用什么来“撞击”分子或者原子呢？最适合的莫过于光子了。我们都知道，光子会产生一种压力，这就是光压。科幻中或者设想中的太阳帆就是利用无数的光子作为推力的。”
说到这里，底下的机灵鬼朱蒂文老同学举手提问了：“说得轻巧，但是你知道吗？分子的运动是无规则的，有的迎面向你运动，这好办，有的却是同向运动，你把光子扔过去，遇到迎面的分子，这自然能降低它们的速度，但是，如果分子的运动方向跟光子相同，你岂不是又增加了分子的运动速度？这么一搞下来，等于是做无用功。”
叶华点头笑道：“这个疑问非常有道理，这也是无数人在理解雷射冷却时必然会遇到的一个问题。要度过这道坎，咱们得从原子的能级说起，原子就是原子核加上原子核外面的众多电子。而电子在原子核外面的排布是分极的。举个不准确但是非常形象的比喻就是，原子核就是太阳，电子就是行星。跟太阳系所不同的是，电子只能从这个轨道跃迁到另一个轨道，绝不会待在两个轨道之间的某一个位置。也就是说，如果地球是一个电子，那么，它要么获得能量后，跃迁到火星的轨道，或者失去能量，降到金星的轨道，决不能处在地球轨道和火星轨道的中间。
就像一栋电梯楼，有的电子处在第一层，它的能量最低，此时我们称为基态，有的电子处在第二层，有的处在第三层……显然，电子要想从第1层跃迁到第2层时必须要获得能量：比如捕获某个光子，这个光子的能量恰好等于第1层和第2层之间的能量差。而电子从第3层跃迁到第2层时，显然电子的能量值就降低了，但是能量不能凭空消失，所以，电子减少的那一部分能量会作为一个光子发射出去，而这个光子的能量恰好等于第3层和第2层之间的能量差......
上文中，咱们已经知道，朝原子发射光子，就能让迎面而来的原子速度降低，然而，难点是，原子的运动方向如果跟光子相同，就会加快原子的运动速度。不过，在回顾了上文中原子的能级后，我们已经明白：不是所有的光子，原子都能吸收！
底下的朱蒂文同学越听越兴奋：“既然这样，可不可以让迎面而来的原子吸收我们发射的光子，而同向而去的原子不吸收？”
叶华微微一笑，“当然可以了，根据什么呢？多普勒效应。我们知道，迎面而来的火车，其声尖锐，因为火车发出的声波跟火车一个方向，声波被‘挤压’，频率升高了；同理，逐渐远去的火车，其声音的音调变低，因为声波被‘拉伸’，频率降低。光既是粒子也是电磁波，如果光是迎面而来，那么被压缩，光的频率就会升高，如果光是远离而去，光的频率就会降低。
频率决定了光的能量，比如紫外线的频率比红光的高，所以紫外线能量能红光的高。而刚才我们说了，原子只能吸收固定的能量，换句话说，原子只能吸收某种频率的光子，这个频率就是原子的固有频率。
接下来，就好办了。当我们要想冷却某种原子的时候，发射一束频率比该原子固有频率稍低的光子，此时，对于迎面而来的原子来说，这束光子的频率会升高，高到恰好等于该原子的固有频率，于是被吸收，然后被减速。而对于运动同向的原子呢，这束光的频率会降低，就不能吸收了。这，就是雷射冷却和俘获原子的方法原子的原理！”。
随后，叶华开启苹果电脑，用ppt介绍了一套简易的用rb原子冷却和俘获的实验装置。采用注入锁定技术，获得了波长为780 nm （单频，频率波动<2 mhz，频率调谐範围4.5 ghz）、输出功率为60 mw的冷却光.通过在饱和吸收上加磁场的方法，实现了冷却光的偏频（10 mhz）负失谐锁定;采用磁光阱系统，实现了原子的冷却和俘获。
“呃？”
“这什么意思？”
“叶华这话是……”
大家都一愣一愣了。
看着叶华在投影机上列出的各项数据，朱蒂文脸一沉，“他真的找到方法捕获单体粒子了？而且方法是如此简单！他竟然一语道破，直接捅破那层窗户纸了。”
基于原子冷却与俘获的单原子制备及其量子调控，会促进人类对量子力学本质及物质运动状态的更深入、更彻底的了解，不仅是对现有科学技术的一种挑战和超越，而且已成为量子光学和冷原子物理领域的一个交叉热点。
露丝也眉角跳了跳，不过还是挂着雍容的表情，没有说话。
“雷射懆控的单原子与单原子阵列将为量子资讯处理与量子模拟提供独特的物理平台。单原子与原子晶片技术结合，将会使原子这个单纯而且理想的量子体系良好的量子扩展狌与晶片的经典扩展狌结合起来，可能形成一种有前景的新一代量子计算机晶片级处理器。光阱中的原子体系是对如赫巴德模型等进行量子模拟的理想体系，相互作用可控的单原子阵列不仅对多比特量子计算重要，也是量子模拟研究十分期待的。单体、两体再到三体（少体）物理，单原子动力学，量子体系的经典对应，人工光合作用优化，表面卡西米尔效应力的精密测量、量子关联测量等，都可成为单原子用武之地。”
现在科技城的计算机晶片已经走在世界前列，莫非就是这个量子计算机晶片？
很多人一听这个概念就觉得不明觉厉，高大上。
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原子、分子那么小，你要让它们的速度降下来，不可能用一些粗暴的办法，因为它们太小了，一个好办法是，用一些更小的粒子去‘撞击’抵消它们的速度，这就类似于，一辆迎面而来的小车，它处在自由滑行的状态，为了降低它的速度，你可以不断地向它扔石头，每砸一次，小车的速度降低一些，直到降低到我们想要的速度。
那么，用什么来“撞击”分子或者原子呢？最适合的莫过于光子了。我们都知道，光子会产生一种压力，这就是光压。科幻中或者设想中的太阳帆就是利用无数的光子作为推力的。”
说到这里，底下的机灵鬼朱蒂文老同学举手提问了：“说得轻巧，但是你知道吗？分子的运动是无规则的，有的迎面向你运动，这好办，有的却是同向运动，你把光子扔过去，遇到迎面的分子，这自然能降低它们的速度，但是，如果分子的运动方向跟光子相同，你岂不是又增加了分子的运动速度？这么一搞下来，等于是做无用功。”
叶华点头笑道：“这个疑问非常有道理，这也是无数人在理解雷射冷却时必然会遇到的一个问题。要度过这道坎，咱们得从原子的能级说起，原子就是原子核加上原子核外面的众多电子。而电子在原子核外面的排布是分极的。举个不准确但是非常形象的比喻就是，原子核就是太阳，电子就是行星。跟太阳系所不同的是，电子只能从这个轨道跃迁到另一个轨道，绝不会待在两个轨道之间的某一个位置。也就是说，如果地球是一个电子，那么，它要么获得能量后，跃迁到火星的轨道，或者失去能量，降到金星的轨道，决不能处在地球轨道和火星轨道的中间。
就像一栋电梯楼，有的电子处在第一层，它的能量最低，此时我们称为基态，有的电子处在第二层，有的处在第三层……显然，电子要想从第1层跃迁到第2层时必须要获得能量：比如捕获某个光子，这个光子的能量恰好等于第1层和第2层之间的能量差。而电子从第3层跃迁到第2层时，显然电子的能量值就降低了，但是能量不能凭空消失，所以，电子减少的那一部分能量会作为一个光子发射出去，而这个光子的能量恰好等于第3层和第2层之间的能量差......
上文中，咱们已经知道，朝原子发射光子，就能让迎面而来的原子速度降低，然而，难点是，原子的运动方向如果跟光子相同，就会加快原子的运动速度。不过，在回顾了上文中原子的能级后，我们已经明白：不是所有的光子，原子都能吸收！
底下的朱蒂文同学越听越兴奋：“既然这样，可不可以让迎面而来的原子吸收我们发射的光子，而同向而去的原子不吸收？”
叶华微微一笑，“当然可以了，根据什么呢？多普勒效应。我们知道，迎面而来的火车，其声尖锐，因为火车发出的声波跟火车一个方向，声波被‘挤压’，频率升高了；同理，逐渐远去的火车，其声音的音调变低，因为声波被‘拉伸’，频率降低。光既是粒子也是电磁波，如果光是迎面而来，那么被压缩，光的频率就会升高，如果光是远离而去，光的频率就会降低。
频率决定了光的能量，比如紫外线的频率比红光的高，所以紫外线能量能红光的高。而刚才我们说了，原子只能吸收固定的能量，换句话说，原子只能吸收某种频率的光子，这个频率就是原子的固有频率。
接下来，就好办了。当我们要想冷却某种原子的时候，发射一束频率比该原子固有频率稍低的光子，此时，对于迎面而来的原子来说，这束光子的频率会升高，高到恰好等于该原子的固有频率，于是被吸收，然后被减速。而对于运动同向的原子呢，这束光的频率会降低，就不能吸收了。这，就是雷射冷却和俘获原子的方法原子的原理！”。
随后，叶华开启苹果电脑，用ppt介绍了一套简易的用rb原子冷却和俘获的实验装置。采用注入锁定技术，获得了波长为780 nm （单频，频率波动<2 mhz，频率调谐範围4.5 ghz）、输出功率为60 mw的冷却光.通过在饱和吸收上加磁场的方法，实现了冷却光的偏频（10 mhz）负失谐锁定;采用磁光阱系统，实现了原子的冷却和俘获。
“呃？”
“这什么意思？”
“叶华这话是……”
大家都一愣一愣了。
看着叶华在投影机上列出的各项数据，朱蒂文脸一沉，“他真的找到方法捕获单体粒子了？而且方法是如此简单！他竟然一语道破，直接捅破那层窗户纸了。”
基于原子冷却与俘获的单原子制备及其量子调控，会促进人类对量子力学本质及物质运动状态的更深入、更彻底的了解，不仅是对现有科学技术的一种挑战和超越，而且已成为量子光学和冷原子物理领域的一个交叉热点。
露丝也眉角跳了跳，不过还是挂着雍容的表情，没有说话。
“雷射懆控的单原子与单原子阵列将为量子资讯处理与量子模拟提供独特的物理平台。单原子与原子晶片技术结合，将会使原子这个单纯而且理想的量子体系良好的量子扩展狌与晶片的经典扩展狌结合起来，可能形成一种有前景的新一代量子计算机晶片级处理器。光阱中的原子体系是对如赫巴德模型等进行量子模拟的理想体系，相互作用可控的单原子阵列不仅对多比特量子计算重要，也是量子模拟研究十分期待的。单体、两体再到三体（少体）物理，单原子动力学，量子体系的经典对应，人工光合作用优化，表面卡西米尔效应力的精密测量、量子关联测量等，都可成为单原子用武之地。”
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