冷却到几乎绝对零度时，原子不仅像光一样以波的形式移动，而且可以聚焦成一种被称为”焦散“的形状，它类似于光在游泳池或通过弯曲的酒杯而形成的反射或折射图案。

在华盛顿州立大学的一项实验中，科学家们开发了一种技术，通过在冷原子激光的路径上放置有吸引力或排斥力的障碍物来观察这些物质波焦散。结果是形成了弯曲的尖端或褶皱，呈向上或向下的“V”形，研究人员在《自然通讯》的一篇论文中对此进行了描述。虽然是基础研究，但这些焦散具有用于高精度测量或计时设备(如干涉仪和原子钟)的潜在应用。

该论文的资深作者Peter Engels说:“这是一个美丽的示范，展示了我们如何以与操纵光非常相似的方式去操纵物质波……一个原子被重力加速，因此我们可以模拟用光很难看到的效果。此外，由于原子对许多不同的事物有反应，我们有可能将其用于新型传感器中去检测磁场、电场或重力梯度。”

为了实现这些效果，科学家们首先必须创造出地球上最冷的地方之一，让他们能够在华盛顿州立大学的基础量子物理实验室中完成该研究。Engels和他的同事使用光学激光器从真空室内的原子云中取出能量，将其冷却到非常接近绝对零度(-273.15摄氏度)。

这种极端寒冷使原子以与自然法则非常不同的方式进行量子力学行为。在这种条件下，原子不像物质粒子那样运动，而是像波浪一样运动。由这种原子形成的云被称为玻色-爱因斯坦凝聚体。在探索这些凝聚体的过程中，华盛顿州立大学的研究人员创造了一种冷原子激光器，这意味着波状原子开始排成一列并一起移动。

Maren Mossman是该论文的第一作者，它之前作为华盛顿州立大学的博士后研究员从事了该项目，现在它是圣地亚哥大学的物理学助理教授。他说：“光激光是准直的、相干的光子流，我们基本上是用原子来做这件事。原子走在一起，表现得像一个物体。所以，我们决定看看如果我们戳它会发生什么。”

在这项研究中，研究人员通过在其路径上放置光学障碍物来“戳”原子激光器，基本上是将特定波长的激光照射到加速的原子流上。一种类型的障碍物会排斥原子并使焦散呈向下折叠形状；另一个则吸引它们制作成向上尖角形状的焦散。研究人员说，该系统也非常可调控，这意味着他们可以改变原子的加速度。

Engels说：“原子激光器中的焦散从未真正以这一的灵活性进行过研究”。除了Engels和Mossman之外，合著者还包括华盛顿州立大学物理与天文学系副教授Michael Forbes和现在在洛斯阿拉莫斯国家实验室工作的前华盛顿州立大学博士后研究员Thomas Bersano。（编译:Qtech）