巨型裏德伯原子“化身”量子温度計

科技日報北京1月25日電 （記者劉霞）美國國家標準與技術研究院科學家利用一種巨大的裏德伯原子，研製出新型量子温度計。通過監測這些巨大原子與環境中熱量之間的相互作用，他們獲得了非常精確的温度測量結果。相關論文發表於最新一期《物理評論研究》雜誌。

高激發原子是一個價電子被激發到高量子態（主量子數n很大）的原子，也被稱為裏德伯原子。為製造精確的温度計，研究團隊在真空室中充入銣原子氣體，隨後使用激光和磁場將其捕獲並冷卻到接近絕對零度。然後，他們再使用激光，讓原子最外層的電子躍升至非常高的能量軌道，得到的裏德伯原子比普通銣原子大1000倍。

裏德伯原子最外層電子遠離原子核，使其對電場和外部干擾更敏感。這些影響包括黑體輻射，即周圍物體發出的熱量。黑體輻射會導致裏德伯原子內的電子躍遷到更高的能量軌道。由於温度升高會增加環境黑體輻射數量以及電子躍遷速率，通過跟蹤這些隨時間變化的能量躍遷就可以測量温度。

這種方法可以檢測到最微小的温度變化，且無需接觸被測物體即可測量，測量範圍為0至100攝氏度。這一突破有望提升原子鐘精度，因為原子鐘對温度變化非常敏感，微小的温度變化都會導致誤差。

與傳統温度計不同，新研製的温度計基於量子物理學的基本原理，不需要像其他温度計那樣進行常規校準，即可提供精確的符合國際標準的測量結果。除應用於精密科學領域，新型温度計還可以在航天器、先進製造廠內大顯身手。