激光如何“冻结”原子？西湖区科协与浙工大送上量子科普“大餐”

“宇宙最低温度怎么来的？”“宇宙有最低温度，那最高温度是多少？”这是听完讲座的九莲小学五年级学生提问。4月21日，杭州市西湖区科协“科学‘西’引力”科普系列活动之一——浙江工业大学量子科普进基层活动走进杭州市九莲小学，为全校五年级师生带来一场量子物理的科普讲座。

据悉，为激发青少年科学探索热情、普及前沿量子物理知识，西湖区科协与浙江工业大学物理与光电学院团委精心策划了量子科普进基层活动。该活动采用“送单点单”方式，上半年将走进村社和学校，开展7场科普活动。活动的顺利开展得益于浙工大物理与光电学院组织在校学生成立的“驭光捕原”团队。该团队核心成员夏晴同学表现突出，曾在2025年全国大学生物理实验竞赛（创新赛）中作为主讲人荣获讲课比赛类全国一等奖，并在2025年浙江省大学生物理科技创新竞赛中获得一等奖等多项荣誉。

本次活动以 “探索宇宙极限的‘冷’—— 激光如何‘冻结’原子”为主题，夏晴用生动有趣的讲解和通俗易懂的语言，为同学们揭开冷原子物理的神秘面纱。

活动现场，团队成员围绕冷原子物理的核心知识展开系统讲解。科普员从微观世界的基本规律出发，向同学们介绍室温下原子以约300米/秒的速度高速热运动；而绝对零度（-273.15℃）作为宇宙的温度极限，能使粒子近乎静止。激光冷却技术正是实现原子“减速冻结”的关键手段。

团队详细拆解了激光冷却原子的科学原理：激光凭借方向性强、纯度高、相干性好等独特优势，通过光压效应将动量传递给原子，借助多普勒冷却、亚多普勒冷却（西西弗斯冷却）等机制，为原子“踩下刹车”。而由反亥姆霍兹线圈与三对激光束构成的磁光阱，则成为囚禁冷原子的“量子牢笼”，使原子操控成为可能。

活动还梳理了激光冷却与囚禁原子技术的发展历程：从1933年光压现象的发现，到1997年朱棣文等科学家凭借相关成果斩获诺贝尔物理学奖，再到我国科学家王育竹院士团队取得的一系列突破性进展——率先提出光频移冷却理论、实现国内首个玻色—爱因斯坦凝聚态、研制国际首台空间冷原子钟。这些科研成就，让同学们切身感受到量子科技的发展脉搏与中国科研的硬核实力。

现场展示的量子磁光阱教学仪器、冷原子应用设备图片，更是点燃了同学们的好奇心。团队介绍，冷原子技术已走出实验室，广泛应用于量子精密测量、冷原子钟、量子重力仪、量子磁力仪等领域，在地震灾害预报、地下资源勘探、深海导航、全球卫星定位等场景中发挥重要作用，天宫二号搭载的冷原子钟更是达到3000万年误差小于1秒的超高精度。

互动问答环节，同学们踊跃提问、积极参与，围绕原子运动、绝对零度、量子应用等问题展开交流，团队成员耐心解答，将抽象物理知识转化为直观易懂的科学常识，让同学们在轻松氛围中收获知识、感受科学魅力。

“没想到现场问答十个问题学生们全都答对了，说明他们真的有认真听讲，也掌握了一些量子物理的基础知识。至少，‘绝对零度’这个概念在他们心中留下了难以磨灭的印象。”九莲小学校长张文浩表示，“非常感谢区科协和浙江工业大学为我们送来这么精彩的科普讲座。”

此次科普讲座活动由杭州市西湖区科协、浙江工业大学物理与光电学院主办。为提升活动质量，检验科普效果，两单位的相关负责老师均到场指导，并就科普讲解内容、学生组织等工作提出了改进建议。

将前沿量子物理知识带给青少年，不仅拓宽了他们的科学视野，更点燃了大家探索微观世界、追逐科学梦想的热情。西湖区科协表示，未来将联动辖区内更多高校持续开展科普公益活动，以专业力量传播科学知识，助力提升全民科学素养。

来源：杭州市西湖区科协、浙江工业大学物理与光电学院

责编：叶　扬

美编：陈路漫

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