美國國家標准與技術研究院科學家利用一種巨大的裡德伯原子，研制出新型量子溫度計。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溫度測量結果。相關論文發表於最新一期《物理評論研究》雜志。

這是使用裡德伯原子測量溫度的實驗室裝置，其中發光的紅色球體為該裝置中使用的大約100萬個銣原子組成的雲團。圖片來源：美國國家標准與技術研究院

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，也被稱為裡德伯原子。為制造精確的溫度計，研究團隊在真空室中充入銣原子氣體，隨后使用激光和磁場將其捕獲並冷卻到接近絕對零度。然后，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，得到的裡德伯原子比普通銣原子大1000倍。

裡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。黑體輻射會導致裡德伯原子內的電子躍遷到更高的能量軌道。由於溫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溫度。

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

與傳統溫度計不同，新研制的溫度計基於量子物理學的基本原理，不需要像其他溫度計那樣進行常規校准，即可提供精確的符合國際標准的測量結果。除應用於精密科學領域，新型溫度計還可以在航天器、先進制造廠內大顯身手。

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