用激光“抽取”声子能量：光纤中超声波的量子冷却

发表在《物理评论快报》上的一篇论文，实现了一种新的冷却机制，可以把一根光纤里的声波冷却到比室温低219 K。这是一个非常了不起的成果，因为它不仅展示了光声效应的强大潜力，而且为探索宏观物体的量子行为和开发新的量子技术提供了可能性。那么，他们是怎么做到的呢？让我们一起来看看吧。

光声效应，或者叫布里渊散射，是一种光和声波之间的相互作用现象。当一束光通过一个介质时，它会受到介质中的声波的影响，从而产生频率和方向都有所变化的散射光。这个过程可以看作是光子和声子之间的散射。

根据能量和动量守恒的原理，光子和声子之间的散射可以分为两种情况：一种是光子损失能量，声子获得能量，这叫做斯托克斯散射；另一种是光子获得能量，声子损失能量，这叫做反斯托克斯散射。这两种散射都会导致散射光的频率和入射光的频率有一个固定的差值，这个差值就是声子的频率，也叫做布里渊频移。布里渊频移的大小取决于介质的性质和声波的速度，一般在几十到几千兆赫兹的范围内。

我们知道，温度是物质分子运动的平均能量的衡量，温度越高，分子运动越剧烈，反之亦然。声波是分子振动的传播，声波的能量就是分子振动的能量，声波的频率就是分子振动的频率。因此，如果我们想要冷却声波，就要让声波损失能量，降低频率。那么，有没有一种方法，可以让声波和光波相互作用，从而实现声波的冷却呢？答案是有的，那就是利用光声效应中的反斯托克斯散射。