让原子做你想做的事并不容易？ 但它是许多突破性物理学研究的核心。
创造和控制新物质形式的行为是人们特别感兴趣的，也是一个活跃的研究领域。
我们的新研究，出版于物理评论快报，发现了一种利用激光将超冷原子雕刻成不同形状的全新方法。
研究人员对冷却至接近零温度（-273°C）的超冷原子非常感兴趣，因为它们使他们能够看到和探索原本不可能实现的物理现象。
在比外太空还冷的温度下，原子团形成新的（非固体、液体或气体）称为玻色爱因斯坦凝聚（商务英语考试）。 2001 年，物理学家荣获诺贝尔奖用于产生这样的冷凝物。
BEC 的定义特征是它的原子行为与我们通常期望的非常不同。 它们不是作为独立的粒子，而是具有相同（非常低）的能量并且彼此协调。
这类似于来自太阳的光子（光粒子）和激光束中的光子（光粒子）之间的差异，其中光子可能具有许多不同的波长（能量）并且独立振荡，而激光束中的光子则具有相同的波长并且一起振荡。
在这种新的物质状态下，原子的行为更像是一个单一的波状结构，而不是一组单独的粒子。
研究人员已经能够展示两种不同 BEC 之间的波状干涉图案，甚至产生移动的“BEC 液滴”。 后者可以被认为是激光束的原子当量。
移动的水滴
在我们与同事进行的最新研究中戈登·罗伯和吉安·卢卡·OPPO，我们研究了如何使用特殊形状的激光束来操纵 BEC 的超冷原子。
利用光来移动物体的想法并不新鲜：当光落在物体上时，它可以施加（非常小的）力。 这种辐射压的原理就是太阳帆的想法，太阳光对大镜子施加的力可用于推动航天器穿越太空。
然而，在这项研究中，我们使用了一种特殊类型的光，它不仅能够“推动”原子，还能使它们旋转，有点像“光学扳手”。
这些激光束看起来像明亮的环（或甜甜圈）而不是斑点，并且它们具有扭曲（螺旋）波前，如下图所示。
在正确的条件下，当这种扭曲的光照射到移动的 BEC 上时，其中的原子首先被吸引到明亮的环上，然后绕着它旋转。
当原子旋转时，光和原子都开始形成液滴，这些液滴沿着激光束的原始方向运行，然后向外喷射，远离环。
液滴的数量等于轻捻数量的两倍。 通过改变初始激光束的扭曲数量或方向，我们可以完全控制形成的液滴数量以及它们随后旋转的速度和方向（见下图）。
我们甚至可以阻止原子滴从环中逸出，以便它们继续绕轨道运行更长时间，从而产生一种超冷原子流。
超冷原子流
这种通过超冷原子发出扭曲光的方法开辟了一种新的、简单的方法来控制物质并将其塑造成更加非常规和复杂的形状。
BEC 最令人兴奋的潜在应用之一是生成“原子电路”，其中超冷原子的物质波由光学和/或磁场引导和操纵，形成电子电路和器件（例如晶体管和二极管）的先进等效物。
能够可靠地操纵 BEC 的形状最终将有助于创建原子电子电路。
我们的超冷原子，在这里就像一个“原子电子超导量子干涉装置”，有潜力提供比传统电子产品优越得多的设备。
这是因为中性原子比通常构成电流的电子造成的信息损失更少。 我们还能够更轻松地更改设备的功能。
然而，最令人兴奋的是，我们的方法使我们有可能生产出用普通材料根本无法设计的复杂原子电子电路。
这有助于设计高度可控且易于重新配置的量子传感器，能够测量原本无法测量的微小磁场。
此类传感器会有用的从基础物理研究到发现新材料或测量大脑信号等领域。
格兰特·亨德森，物理学博士候选人，斯特拉斯克莱德大学和Alison Yao，物理学高级讲师，斯特拉斯克莱德大学
