激光如何“凍結”原子？西湖區科協與浙工大送上量子科普“大餐”

“宇宙最低溫度怎么來的？”“宇宙有最低溫度，那最高溫度是多少？”這是聽完講座的九蓮小學五年級學生提問。4月21日，杭州市西湖區科協“科學‘西’引力”科普系列活動之一——浙江工業大學量子科普進基層活動走進杭州市九蓮小學，為全校五年級師生帶來一場量子物理的科普講座。

據悉，為激發青少年科學探索熱情、普及前沿量子物理知識，西湖區科協與浙江工業大學物理與光電學院團委精心策劃了量子科普進基層活動。該活動采用“送單點單”方式，上半年將走進村社和學校，開展7場科普活動。活動的順利開展得益于浙工大物理與光電學院組織在校學生成立的“馭光捕原”團隊。該團隊核心成員夏晴同學表現突出，曾在2025年全國大學生物理實驗競賽（創新賽）中作為主講人榮獲講課比賽類全國一等獎，并在2025年浙江省大學生物理科技創新競賽中獲得一等獎等多項榮譽。

本次活動以 “探索宇宙極限的‘冷’—— 激光如何‘凍結’原子”為主題，夏晴用生動有趣的講解和通俗易懂的語言，為同學們揭開冷原子物理的神秘面紗。

活動現場，團隊成員圍繞冷原子物理的核心知識展開系統講解。科普員從微觀世界的基本規律出發，向同學們介紹室溫下原子以約300米/秒的速度高速熱運動；而絕對零度（-273.15℃）作為宇宙的溫度極限，能使粒子近乎靜止。激光冷卻技術正是實現原子“減速凍結”的關鍵手段。

團隊詳細拆解了激光冷卻原子的科學原理：激光憑借方向性強、純度高、相干性好等獨特優勢，通過光壓效應將動量傳遞給原子，借助多普勒冷卻、亞多普勒冷卻（西西弗斯冷卻）等機制，為原子“踩下剎車”。而由反亥姆霍茲線圈與三對激光束構成的磁光阱，則成為囚禁冷原子的“量子牢籠”，使原子操控成為可能。

活動還梳理了激光冷卻與囚禁原子技術的發展歷程：從1933年光壓現象的發現，到1997年朱棣文等科學家憑借相關成果斬獲諾貝爾物理學獎，再到我國科學家王育竹院士團隊取得的一系列突破性進展——率先提出光頻移冷卻理論、實現國內首個玻色—愛因斯坦凝聚態、研制國際首臺空間冷原子鐘。這些科研成就，讓同學們切身感受到量子科技的發展脈搏與中國科研的硬核實力。

現場展示的量子磁光阱教學儀器、冷原子應用設備圖片，更是點燃了同學們的好奇心。團隊介紹，冷原子技術已走出實驗室，廣泛應用于量子精密測量、冷原子鐘、量子重力儀、量子磁力儀等領域，在地震災害預報、地下資源勘探、深海導航、全球衛星定位等場景中發揮重要作用，天宮二號搭載的冷原子鐘更是達到3000萬年誤差小于1秒的超高精度。

互動問答環節，同學們踴躍提問、積極參與，圍繞原子運動、絕對零度、量子應用等問題展開交流，團隊成員耐心解答，將抽象物理知識轉化為直觀易懂的科學常識，讓同學們在輕松氛圍中收獲知識、感受科學魅力。

“沒想到現場問答十個問題學生們全都答對了，說明他們真的有認真聽講，也掌握了一些量子物理的基礎知識。至少，‘絕對零度’這個概念在他們心中留下了難以磨滅的印象。”九蓮小學校長張文浩表示，“非常感謝區科協和浙江工業大學為我們送來這么精彩的科普講座。”

此次科普講座活動由杭州市西湖區科協、浙江工業大學物理與光電學院主辦。為提升活動質量，檢驗科普效果，兩單位的相關負責老師均到場指導，并就科普講解內容、學生組織等工作提出了改進建議。

將前沿量子物理知識帶給青少年，不僅拓寬了他們的科學視野，更點燃了大家探索微觀世界、追逐科學夢想的熱情。西湖區科協表示，未來將聯動轄區內更多高校持續開展科普公益活動，以專業力量傳播科學知識，助力提升全民科學素養。

來源：杭州市西湖區科協、浙江工業大學物理與光電學院

責編：葉　揚

美編：陳路漫

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