一位好奇的量子力学观察者指南，pt。 5：赶波

本世纪最安静的革命之一是量子力学进入我们的日常技术。过去，量子效应仅限于物理实验室和精细的实验。但是现代技术的基本操作越来越依赖于量子力学，并且量子效应的重要性只会在未来的几十年中增长。因此，物理学家米格尔·莫拉莱斯（Miguel F. Morales）承担了艰巨的任务，在这个由七个部分组成的系列文章中，向非专业人员解释了量子力学（我们保证不会提供数学方法）。以下是该系列的第五个故事，但是您始终可以在现场找到整个系列的开始故事以及登录页面。

＆＃34;您如何抓住像玛丽亚那样的潮流？您如何抓住云并将其固定下来？哦，你如何解决像玛丽亚这样的粒子？您如何将月光握在手中？＆＃34;

到目前为止，通过对量子力学的探索，我们已经看到了狂野而自由的粒子。但是大多数粒子的生命都处于更加受限的环境中：电子被原子核包围，原子被束缚成分子，或者被束缚的晶体线。限制不一定是坏事-只有紧密地绑在乐器上的琴弦才能制作音乐。

在今天的量子力学树林中，我们将携带一些陷阱，以便我们可以看到当您限制它们时粒子的行为。 （作为敏感种类，我们将对它们进行友好地对待，并在完成后释放它们。）在此过程中，我们将发现恒星的发射光谱，并遇到人造原子和量子点，它们在所有事物中起着主导作用从量子计算到消费电视。

如我们所见，所有粒子都像波一样运动。但是，当我们陷入困境时会发生什么呢？当我们限制粒子时，粒子的行为如何变化？

陷波的一个很好的日常例子是吉他弦。在连接吉他之前，琴弦可以以任何感觉摆动。快波，慢波-每种波都是可能的。但是，当我们将琴弦系在吉他上并拔出琴弦时，产生的电波会被吉他的两端所束缚。波浪可以在两端之间反弹，但无法逃脱。

如上图所示，允许使用某些波组（谐波），但只有适当长度的波是可能的。当我们捕获波浪时，我们从任何可能的音符变成了一种状态，在这种状态下，只有那些适合陷波器的波浪及其对应的音符可以存在。换句话说，吉他弦的音高是由陷阱引起的。当我们将手指放在品格上以更改陷阱的大小时，适合的波浪大小也会发生变化，并且我们听到的音符也会发生变化。

我们可以看到电子发生同样的事情。 1993年，唐·艾格勒（Don Eigler）及其同事将48个铁原子放入铜片顶部的环中，从而制成了电子陷阱。 铁原子环产生一个量子围栏-圆形电子陷阱。 用扫描隧道显微镜成像时，在铁原子环内可以清楚地看到被困电子的波动。 由于粒子像波浪一样运动，因此它们在被捕获时就像任何其他类型的波浪一样响应-它们带有特定的音符唱歌。 量子畜栏中的电子看起来像鼓头的振动。 这不是偶然的：鼓也为类似于量子畜栏的波产生了一个圆形陷阱。 观察到量子粒子在被捕获时会拾取特定的音符是由于它们像波一样运动。 因此，通过捕捉粒子波，我们可以制作音乐。