原子的英文名（Atom）是從希臘語?τομο?（atoms，“不可切分的”）轉(zhuǎn)化而來，其定義為化學(xué)變化中不可分割的最小單元。通常一個原子的直徑在0.05納米和0.5納米之間。對于這樣一種比頭發(fā)絲直徑還小幾千幾萬倍的物體，甚至連世界上最精密的光學(xué)顯微鏡都無法直接觀測，我們可以把它抓住，任意地操縱它嗎？ T8^9*]:@c!  
　　連量子力學(xué)的奠基人之一，偉大的物理學(xué)家薛定諤都對此表示極大的懷疑：“我們從來沒有用一個電子、原子或者其他分子做過實驗。在構(gòu)想的實驗中，我們的假設(shè)總是導(dǎo)致可笑的后果……”。 PgkU~68`  
　　但伴隨著科技的發(fā)展和進步，在六十年前不可想象的實驗，現(xiàn)在不僅在實驗上實現(xiàn)了單個電子、單個離子、單個原子等的囚禁和操控，而且其相關(guān)的實驗技術(shù)已經(jīng)在世界各地實驗室得廣泛應(yīng)用。 |+nmOi,z  
　　其中2012年諾貝爾物理學(xué)獎還授予塞爾日?阿羅什和大衛(wèi)?維因蘭德，以表彰他們分別獨立發(fā)明并拓展了在保持單個粒子量子力學(xué)特性的前提下，測量和操縱它們的方法。 7gC?<;\0  
　　那么在這些單粒子中，單個原子到底是如何被捕獲？又如何讓這些單原子按照我們的意愿去行動呢？ h4;kjr}h}  
　　捕獲單原子的兩種方式 _**Nlp*%  
　　一是采用掃描隧道顯微鏡（STM）或原子力顯微鏡等在固體表面捕獲并操縱單個原子。 6w^P{%ul  
　　典型的工作是由IBM的科學(xué)家在二十世紀九十年代完成的，他們采用STM移動吸附在金屬表面的原子來排列成各種形狀，尤其是用48個鐵原子在銅表面形成半徑為7.13納米的量子空心圍欄，并觀察到囚禁表面態(tài)電子形成的駐波。 MAek856  
　　這種方案主要用于研究表面電子與原子的相互作用、無缺陷表面電子波衰減、電子與聲子激子相互作用等。 FIq'W:q:  
　　另一種方法則是采用激光冷卻并捕獲氣相中的單個原子。 =QqH`.3  
　　典型的工作是在超高真空中采用磁光阱將原子冷卻到接近絕對零度（其典型溫度在絕對零度之上的萬分之一度）并囚禁，然后采用一個非常小的光阱，從中“挑”出一個原子。 #3&@FzD_P  
　　在這種情況下，一個原子幾乎從環(huán)境中孤立出來，是一個典型的量子體系，它將會展現(xiàn)出一系列匪夷所思的特性，如既是波又是粒子的波粒二象性（單原子物質(zhì)波），既死又活的薛定諤貓態(tài)（單原子電子疊加態(tài)）、現(xiàn)在所走的路徑取決于未來的選擇（單原子的惠勒延遲選擇實驗）等。 W==~9  
　　為了觀察到這些奇特的現(xiàn)象，我們需要將室溫下的原子冷卻到極低溫的狀態(tài)，意味著將原子的速度從幾百米每秒降到幾米甚至幾厘米每秒。 6 5govor  
　　如何實現(xiàn)呢？ 1997年諾貝爾物理學(xué)獎的得主們說，用激光！ `2.c=,S{  
　　原子冷卻及單原子捕獲 *tXyd<_
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　　在介紹激光冷卻的原理之前，大家需要先了解兩條基本的規(guī)則： FZi@h  
　　1。原子會吸收頻率與其能級固有頻率共振的光子，越共振越容易吸收。 f$lb
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　　2。多普勒效應(yīng)。原子逆著光傳播方向運動時，感受到的激光頻率會變大，反之感受到激光頻率則變小。 hYJzF.DW<$  
　　當(dāng)原子在頻率略低于其能級固有頻率且相向傳播的一對激光束中運動時，由于多普勒效應(yīng)，原子傾向于吸收與其運動方向相反的光子，吸收后，再向各個方向各向同性地自發(fā)輻射出光子。 -#Z