麻省理工学院的科学家首次拍摄到单个原子在空间中自由互动的图像，揭示了量子效应。

5 月 9 日消息，来自麻省理工学院（MIT）的科学家首次拍摄到单个原子在空间中自由互动的图像，揭示了支配其行为、难以捉摸的量子效应。

使用单原子分辨率显微镜，观察由两种原子组成的超冷量子气体，发现它们的空间相关性明显不同 —— 左边的玻色子表现出聚集现象，而右边的费米子则显示出反聚集现象。 该图像揭示了这些“自由粒子”之间微妙的量子关联，这是一种此前仅在理论中预测的行为。IT之家援引 scitechdaily 博文介绍，研究团队开发了一种创新方法：先让一团原子云自然移动并互动，随后开启由激光束组成的光栅，瞬间“冻结”原子位置。通过精密调校的激光，他们在原子悬浮时迅速照亮并记录其精确位置。

拍摄单个原子极具挑战性 —— 单个原子直径仅约 0.1 纳米，远小于人类头发丝厚度的百万分之一。研究团队采用的“atom-resolved microscopy”（单原子分辨显微技术）通过激光束形成松散陷阱，让原子自由互动，随后用光栅固定并用荧光成像揭示位置。

团队利用该创新方法，拍摄了不同类型原子云的图像，实现了多项影像首创。他们观察到“bosons”（玻色子）在量子现象中聚集，形成波状结构；同时也捕捉到“fermions”（费米子）在自由空间中配对，这是超导性背后的核心过程。

上面两张渲染图展示了原子陷阱中的流动原子（红色）如何通过施加的光学晶格突然被冻结在原地，并通过拉曼侧带冷却进行成像。下图：三张显微镜图像显示（从左到右）玻色子 23Na 形成玻色-爱因斯坦凝聚态；弱相互作用的 6Li 费米混合物中的单一自旋态；以及强相互作用费米混合物中的两种自旋态，直接揭示了配对的形成。 MIT 物理学教授 Martin Zwierlein 表示：“我们能看到这些原子云中单个原子的行为以及它们之间的关系，这非常震撼。”

团队未来计划将此技术应用于“quantum Hall physics”（量子霍尔物理）等更复杂的量子现象，验证理论预测的奇异状态。