微重力下玻色-爱因斯坦凝聚体的观测(冷原子实验室)

量子力学支配着微观世界，在那里，低质量和低动量揭示了一种自然的波粒二元性。将量子行为放大到宏观尺度是冷却和捕获原子气体技术的主要优势，在这种技术中，低动量是通过极低的温度设计出来的。这一领域的进步已经实现了对原子系统的精确控制，以至于在考虑单个原子时往往可以忽略的重力，已经成为一个实质性的障碍。特别值得一提的是，虽然较弱的俘获场将允许进入较低的温度1、2，但重力会清空太弱的原子陷阱。此外，如果原子从陷阱释放后的自由落体时间能够延长，基于冷原子的惯性传感器可以达到更高的灵敏度3.行星轨道，特别是永久自由落体的条件，提供了将冷原子研究提升到地球上这种限制之外的机会。在这里，我们报道了在地球轨道研究实验室--冷原子实验室中生产玻色-爱因斯坦凝聚态铷(BECs)的情况。我们在自由膨胀时间超过1秒的弱囚禁势中观察到了亚纳开尔文BEC，初步证明了微重力环境为冷原子实验提供的优势，并验证了该装置的成功运行。通过常规的BEC生产，持续的操作将支持对微重力4、5、原子激光源6、少体物理7、8以及原子波干涉测量的寻径技术9、10、11、12所特有的陷阱拓扑的长期研究。

图3的源数据。其中4个是随论文一起提供的。本研究期间产生和分析的数据集可根据合理要求从相应的作者处获得。

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我们感谢CAL管理和技术团队的现任和前任成员T.Winn，K.Muse，L.Clonts，J.Lam，J.Liu，C.Tran，J.Tarsala，T.Tran，S.Haque，M.McKee，J.Trager，J.Mota，G.Miles，D.Strekalov，I.Li，S.Javidnia，A.Sengupta，D.Conroy，A.Croonquist，E.Burt，M.Krutzik，S.Kulkulov，I.Li，S.Javidnia，A.Sengupta，D.Conroy，A.Croonquist，E.Burt，M.Krutzik，S.Kulkulv。J.Duggan和D.Anderson。我们感谢喷气推进实验室天文学、物理和空间技术局L.Livesay、T.Gaier、D.Coulter、C.Lawrence和U.Iselsson的持续支持。我们感谢CAL的主要研究人员和科学团队成员N.Bigelow、N.Lundblad、C.Sackett、E.Cornell、P.Engels和M.Mossman以及CAL的科学审查委员会(包括B.DeMarco和R.Walsworth)的指导。我们也感谢美国宇航局空间、生命和物理科学研究与应用部(SLPSRA)、C.昆德罗特、D.Malarik、M.Lee、B.Carpenter和D.Griffin的坚定支持。这项工作由NASA的SLPSRA计划办公室资助，并由加州理工学院喷气推进实验室与NASA签订合同进行操作。感谢美国政府的赞助。

a是科学模块在y-z平面上的说明性横截面，显示了用于激光冷却和成像的光束路径。每个准直器(用蓝色表示)都接受光纤输入，并将自由空间光束引导到真空室。在源单元中，椭圆光束准直器创建二维(2D)MOT(x轴准直器未示出)。一束冷原子束(它的通量被2D MOT推动光束增强)被引导到特高压科学室，在那里>；109个原子被收集在一个三维MOT中。在该区域，标记为“MOT(A)”和“MOT(B)”的激光冷却光束沿y-z平面定向，而第三个准直器(未示出)沿x轴发送其直径为11 mm的光束(虚圆)以完成MOT。每束光束都被一面镜子反向反射，形成了一个完整的六光束MOT，位于原子芯片下方约15毫米处，形成了特高压室的最顶端的墙壁。Cal的初级成像光束(直径也是11毫米)沿着芯片正下方的y轴平行于芯片表面，标记为“成像(Y)”。沿着这个轴的荧光和吸收图像是在“CMOS(Y)”相机上采集的。或者，沿z轴的穿透芯片成像可以由“CMOS(Z)”相机采集，其中“成像(Z)”光提供的吸收成像光束穿过源单元的0.75 mm直径的孔径。当源电池在Rb和K的较高压力下运行时，此孔径提供差动泵浦以维持科学电池中的超高电压条件。Rb和K的背景压力由通过两个碱金属分配器(一个包含Rb，另一个包含K)的独立电流控制。原子在经历糖蜜冷却和被线圈产生的磁阱限制之前收集在MOT中。然后，被捕获的云层被第二对线圈向上输送15毫米，然后加载到原子芯片陷阱中。B，一张没有磁屏蔽前盖的科学模块的照片，显示了坚固支撑真空和光学硬件的机械结构，以及一些热管理组件。有关科学模块和控制硬件的更多详细信息，请参阅参考文献。40.

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