科學(xué)家試制新型“激聲”放大器

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)9月8日（北京時(shí)間）報(bào)道，在今年慶賀激光誕生50周年之際，科學(xué)家正在研究一種新型的相干聲束放大器，其利用的是聲而不是光?？茖W(xué)家最近對(duì)此進(jìn)行了演示，在一種超冷原子氣體中，聲子也能在同一方向共同激發(fā)，就和光子受激發(fā)射相似，因此這種裝置也被稱為“激聲器”。

聲子激發(fā)理論是2009年由馬克斯·普朗克研究院和加州理工學(xué)院的一個(gè)科研小組首次提出的，目前尚處于較新的研究領(lǐng)域。其理論認(rèn)為，聲子是振動(dòng)能量的最小獨(dú)立單位，也能像光子那樣，通過激發(fā)產(chǎn)生高度相干的聲波束，尤其是高頻超聲波。他們首次描述了一個(gè)鎂離子在電磁勢(shì)阱中被冷凍到大約1/1000開氏溫度，能生成單個(gè)離子的受激聲子。但是單個(gè)聲子的受激放大和一個(gè)光子還有區(qū)別，聲子頻率由單原子振動(dòng)的頻率所決定而不是和集體振動(dòng)相一致。

在新研究中，葡萄牙里斯本高等技術(shù)學(xué)院的J.T.曼登卡與合作團(tuán)隊(duì)把單離子聲子激發(fā)的概念，擴(kuò)展到一個(gè)大的原子整體。為了做到這一點(diǎn)，他們演示了超冷原子氣體整合聲子激發(fā)。與單離子的情況相比，這里的聲子頻率由氣態(tài)原子的內(nèi)部振動(dòng)所決定，和光子的頻率是由光腔內(nèi)部的振動(dòng)所決定一樣。

無論相干電磁波，還是相干聲波，最大的困難來自選擇系統(tǒng)、頻率范圍等方面。曼登卡說，該研究中的困難是要模仿光波受激放大發(fā)射的機(jī)制，但產(chǎn)生的是聲子，而不是光子。即通過精確控制超冷原子系統(tǒng)，使其能完全按照激光發(fā)射的機(jī)制來發(fā)射相干聲子。

新方法將氣體限定在磁光陷阱中，通過3個(gè)物理過程產(chǎn)生激態(tài)聲子。首先，一束紅失諧激光將原子氣體冷卻到超冷溫度；然后用一束藍(lán)失諧光振動(dòng)超冷原體氣體，生成一束不可見光，最后使原子形成聲子相干發(fā)射，此后衰變到低能級(jí)狀態(tài)。研究人員指出，最后形成的聲波能以機(jī)械或電磁的方式與外部世界連接，系統(tǒng)只是提供一種相干發(fā)射源。

關(guān)于給聲子激發(fā)命名，科學(xué)家先是沿襲“鐳射（laser）”之名使用了“聲射（saser）”，即聲音受激放大發(fā)射。但曼登卡認(rèn)為使用“激聲（phaser）”更準(zhǔn)確，它強(qiáng)調(diào)了聲子的量子特性而不是聲音，也暗示了其發(fā)射過程類似于光子受激發(fā)射。

高相干超聲波束的一個(gè)可能用途是，在X光斷層攝影術(shù)方面，能極大地提高圖像的解析度。曼登卡說：“激光剛開發(fā)出來時(shí)，僅被當(dāng)做一種不能解決任何問題的發(fā)明。所以，對(duì)于激聲，我們現(xiàn)在擔(dān)心的只是基礎(chǔ)科學(xué)方面的問題，而不是應(yīng)用問題。”