美国国家标准与技术研究所
来自JILA实验动画的静止图像让原子比平时兴奋的时间更长
信用:哈纳切克/NIST JILA的研究人员欺骗了大自然，通过调整原子的密集量子气体来制造拥挤的“费米海洋”，从而通过延迟原子正常返回到最低能量状态，使它们保持在高能状态或被激发的时间比平时长大约10%
这项技术可能被用来改善量子通信网络和原子钟
量子系统，如在静止状态以上被激发的原子，通过释放量子化部分的光(称为光子)，自然地平静下来或衰变
这种常见的过程在萤火虫的发光和发光二极管的发射中显而易见
衰变速度可以通过改变环境或原子的内部性质来设计
先前的研究已经改变了电磁环境；这项新工作的重点是原子
新的JILA方法依赖于被称为泡利排斥原理的量子世界规则，即相同的费米子(一类粒子)不能同时共享相同的量子态
因此，如果人群中有足够多的费米子——形成一个费米海——一个受激的费米子可能无法像往常一样抛出一个光子，因为它需要反冲
这种反冲可能使它处于与其邻居相同的量子运动状态，由于一种叫做泡利阻塞的机制，这是被禁止的
阻塞的成就在11月描述
19期《科学》
JILA由国家标准与技术研究所(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校联合运营
NIST/JILA·费勒·叶军说:“泡利阻断利用费米海洋中组织良好的量子运动状态来阻断想要衰变的原子的反冲，从而阻止自发衰变。”
“这是一种深刻的量子效应，用于控制物质的性质，而这种性质以前被认为是不可改变的
" 原子从热气体中释放光比从拥挤的费米气体中释放光更快的动画
信用:哈纳切克/NIST 通过将原子嵌入费米能海来设计其激发态寿命的想法之前已经有人提出过，但是JILA集团是第一个真正做到这一点的，其他研究也在同一期的《科学》杂志中有所描述
这是第一次将原子的内部辐射特性与它们的外部运动联系起来
JILA团队用由数千个锶原子组成的低能费米气体进行了实验
JILA小组利用这些量子气体制造最新的原子钟
在这些低温费米气体中，所有原子的属性都被限制在特定的值，或者被量子化，并且原子通过保持对之间的最小距离来避免彼此
相比之下，普通气体中的原子是随机分布的，它们不会相互影响
研究人员使用蓝光激发费米海洋中的原子，然后测量不同方向产生的光子辐射
通过设置特定的条件，研究小组将窄散射角的光子发射减少了50%
在这种情况下，在激发态制备的原子平均在这种状态下保持的时间比通常长10%
五纳秒的自然激发寿命太短，无法测量，因此研究人员使用光子散射作为间接指标
叶说，未来在原子或密度更大甚至更冷的气体中使用不同能级的实验可能会延长激发态的时间，甚至完全阻断衰变
实验的关键特征包括制造一种能量尽可能低的气体，使得纯量子力学阻塞现象得以发生
此外，费米海足够大，中间的原子无法逃脱
表面的原子不会那么容易被阻挡
最后，研究人员只激发了少量原子，并以相对于蓝色激发光束的窄角度收集了发射的光子
这种配置能够观察小的运动转移
大角度会给原子太多的动量冲击，增加它们逃逸的机会，削弱阻挡效应
JILA技术为量子工程原子-光系统提供了新的方法，具有潜在的应用，例如保护量子通信网络中的光学量子比特，以及通过延长原子询问时间以保持精确计时来提高原子钟的稳定性
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