[doc] 用激光捕获中性粒子

[doc] 用激光捕获中性粒子 用激光捕获中性粒子 一 ,捕获,中号,原啪寸 用激光捕获中性粒子 SStevel?lChu稚I一 激光可以用来捕获并操纵电中性的粒子.科学家们利用这类方法将 蒸汽冷 却到接近绝对零度,研究新的原子钟并把单个的DNA分子拉直. 在你翻开这本杂志的下一页之 前,请你仔细地考虑一下你的动作. 每当你想要拈住杂志的某一页的时 候,你必须把一个手指放在纸的朝 上一面上,而把另一个手指放在纸 的朝下一面上,这样每个手指与纸 的距离大致等于一个原子的直径. 在这一点上,你的手指面上的电 子与纸的两面上的电子相互排斥. 电荷的这一轻微的重新分布产生了 一 个具有一定强度的电场,足以使 你能够把这页纸夹紧在你的两个手 指之间.值得注意的是,通过施加原 子尺度上的电场力,你可以拿住从 整体来看呈电中性的物体. 而操纵其尺寸仅有原子大小的 中性粒子则是一个极为困难的技术 问题.控制带电物体要容易得多,因 为电场和磁场对带电物体施加的力 要强得多.事实上,一个多世纪以 来,科学家们一直用电磁力来操纵 远距离的带电粒子(如电子和离子 等).但是,只有在最近几年中,研究 人员才得以比较容易地移动远距离 上的中性粒子. 特别应当提到的是,研究人员 图1激光束照射到装有一个原子 喷泉的真空室中.这些激光束用于捕获并 冷却这台装置的底部附近的原子.一旦被 捕获,这些原子便向上运动,最后在重力 的作用下停在靠近装置的顶部的地方.在 这里可以对这些原子的能态进行精确的 测量.蓝色光点是探测这些原子用的紫外 辐射脉冲. *斯坦福大学物理系教授. 已经研制出了利用激光来捕获并操 纵原子和微米大小的粒子的仪器, 其控制能力达到了惊人的地步.这 些新发明很快就获得了广泛的应 用.我所在的研究小组和其它一些 研究小组已经把原子冷却到接近绝 对零度的温度,这一温度范围使我 们能够考察物质的量子态以及光和 超冷原子间的不寻常的相互作用. 我们已开始研制原子钟和极端灵敏 的加速度计.现在我们的方法正在 用来操纵大的高分子化合物之类的 单个分子此外,我们还设计了一种 “光学镊子”,它用激光束来抓住并 移动细胞内的细胞器而无须刺穿细 胞膜. 大约在科学家们知道如何用激 光控制远距离上的中性粒子十年以 前,他们就已经借助磁场实现了对 中性粒子的控制,其做法是用磁场 将原子聚焦成束,然后捕获这些原 子.在学会了如何用激光捕获原子 之后,科学家们又转而依靠多种多 样的激光技术来实现对中性粒子的 精确控制. 第一种中性粒子陷井是由渡恩 大学的WoffgangPaul研究出来的. l978年.他和他的同事们成功地将 中子捕获于一个磁场中.七年后,美 国国家局的WilliamD.Phillips 及其同事基于同样的原理实现了对 原子的捕获. 磁陷井可以捕获其磁性质类似 于微小条形磁铁的粒子.更确切地 说就是,这种粒子必须有一个很小 的磁偶极矩.如果将此粒子置于一 个其各区域的强度不同的磁场中, 则它将向着磁场最强或最弱的区域 运动.(究竟向哪个方向运动与粒子 的取向有关,见图2.)Paul认识到, 有可能设计出一种其强度具有局部 极小值的磁场,如果磁偶极子最初 的取向就具有寻找磁场强度最弱的 位置这样一种趋势,那么它将始终 保持这种”寻找弱场”的取向.(见 “冷却和俘获原子”,《科学》l987年 7月号.) 原子也可用激光来捕获.激光 具有动量,因此可对原子和其它中 性粒子产生作用力.如果用具有某 一 特殊频率的激光照射一个原子, 则它将连续不断地吸收并重新发射 光子.在原子吸收光子时,它将在沿 着光束传播的方向上获得一连串的 动量冲击.这些动量冲击累积起来 就产生了一个”散射力,它正比于 每个光子的动量和原子每秒种散射 的光子数.自然,原子每吸收一个光 子,相应地也必须发射一个光子.但 是因为这些光子在发射出来时没有 任何特定的方向,因此发射光子所 引起的动量变化平均说来等于零. 吸收和发射的净效果是推动原子沿 着光传播的方向运动. 这一散射力的大小是微不足道 的.如果原子吸收了一个光子,那么 它的速度的变化量与室温下的气体 33 ;勇舞彝彝二一一一一—i_,\_北 北极,\\, 一 图2即使原子只具有很做弱的磁性 并且是电中性的,磁场和电场也能对它们 产生作用力.如果一十原子的南极指向磁 场的北极,郭么这十原子将被驱向磁场强 度最大的区域,同样,电场中的原子也将 被吸向电场强度最大的区域.电场对原子 中的负电荷产生拉力,而对正电荷产生推 斥力.这样就使原子中的电荷重新分布, 其结果是原子被吸向带正电荷的杆. 的原子的平均速度相比是极小的 (速度的变化大约在每秒1厘米的 数量级上,相当于蚂蚁的爬行速度, 而室温下原子的运动速度却相当于 超音速喷气式飞机的速度.) 这种散射力于i933年被首次 检测出来,当时OttoFrisch借助它 使一束钠原子发生偏转.Frisch使 容器中的钠蒸发而耐备出钠原子. 为了使这些原子成柬,他让原子穿 过容器上的一个小孔和一系列狭 缝.在原子束形成后,就用钠灯发出 的光照射这束原子.虽然平均说来 每个钠原子仅吸收一个光子,但 Fdsch仍然得以检测到钠原子束发 生了轻微偏转. Frisch检测到的散射力太微 弱,远不足以捕获原子.几十年后, 研究人员意识到,散射光子的速率 可以提高到每秒散射一千万以上的 光子,相当于使散射力增大蓟地球 引力的10万倍以上.由Phillips和 国家标准局的JohnHal1分别领导 的两个研究小组各自独立地首次演 „34 示了原子所受的散射力作甩.1985 年.他们在实验中使一束原子停了 下来,并将原子的温度从大约300 开氏度(室温)降低到0.1开氏度. 用激光产生的散射力的神奇作 用使研究人员产生了这样一种希 望,即他们不仅可以使运动的原子 停下来,同样也能捕获原子.但是试 图将若干束激光布置成一定的形 式,以便它们能收集原子并使其集 中在空间某一区域的尝试似乎是注 定要失败.根据所谓的光学厄恩肖 定理.如果散射力与光强度成正比, 那么不可能设计出一种由布置成一 定形式的若干光束构成的光陷井. 同题在于,无论怎样布置光束,都不 可能使它们只产生向内的力进入 陷井区域的任何一束光最终必然要 逸出,从而必定产生向外的力.即使 LukeSkywalker是一位物理学家,散 射力也不会永远伴随着他. 幸运的是,光可以对原子施加 另一类作用力,基于这种力能够设 计出一种原子陷井.为了理解这种 力.考虑一下微小粒子是如何被吸 引到带正电的物体(如用猫皮摩擦 过的玻璃棒)这T.过程是富有启发 性的.玻璃棒被摩擦后产生了,个 使粒子极化的电场,这样粒子中的 正电荷的平均位置离棒的距离就将 比负电荷的平均位置离棒的距离稍 远一些.电荷的这种不对称分布产 生了一个偶极矩.电场作用在粒子 的负电荷上的吸引性的偶极力比作 用在正电荷上的排斥力强.其结果 是粒子被拉向电场最强的区域.注 意,这个力和最初用于捕获中子与 原子的磁偶极力是类似的.如果玻 璃棒上的电荷是负电,那么电场将 感应出极性相反的偶极矩,这样粒 子仍将被吸引到电场较强的区域 中. 由于偶极力的作用,原子可被 在空间某一点上有局部极大值的电 场所捕获.这样的电场能够通过巧 妙地布置电荷来得到吗?对于任何 一 个由固定电荷组成的系统来说, 其都是否定的.但在动态系统 中可以得到有局部极大值的电场. 特别是,由于光是由迅速振荡的电 磁场构成的.因此聚焦激光束能够 产生有局部极大值的交变电场.当 电场与原子相互作用时.它就改变 了原子周围的电子的分布,从而导 致电偶极矩的产生.于是这个原子 就被吸向电场的局部极大区域.正 象带电粒子被吸向玻璃棒一样. 电场迅速变化这一事实不会造 成什么问题.当电场的极性发生变 化时.原子的偶极矩也会改变极性. 只要电场变化的速度比原子的自然 振荡频率低,偶极性的取向就始终 与电场相同,因此原子将不断向局 部极大区域移动.其结果是这种偶 极力可以用来束缚原子.1968年. Vladilengctokhov第一个提出可以 用偶极力将原子捕获在光束中.i0 年后,美国电报电话公司贝尔实验 室的ArthurAshkin提出了一种由 聚焦激光束构成的更容易实现的陷 井. 虽然偶极力陷井的设想很巧 妙.但它存在某些实际问题.为了将 散射办减至最小,激光的调谐频率 必须远远低于其光子容易被原子吸 收的频率.在这样高度的失谐状态 下,捕获力变得非常微弱,以致于被 冷却到只有0.01开氏度的原子也 不可能保持在陷井中.即使温度更 低的原子被置于陷井中,它们也会 由于无时无刻不在的光子撤射的作 用而在千分之几秒内就逸到陷井 外.此外,如何将原子注入陷井看来 也是一个极其棘手的问题,因为陷 井的体积只有0.001立方毫米. 由于这种种原因,用光学方法 捕获原子面临的挑战看来是非常严 峻的.但是到1985年,当原子被激 光在所有方向上冷却到远远低于停 下来的原子束的温度之后,实用的 光学陷井的开始成熟了.激光 /一\, /, 光如何使原子的速度 / 一建t?一螬光/,/,-,\一/一,,一原子? l考虑用两柬光线照射一十原子的情形一束光线的传播方向与原子 的运动方向相同,另一束则相反光的频率略 低于很容易被原子吸收的频率 —, ? 2.从原子的角度看,与原子的运动力 向相同的那柬光的频率降低了,而沿着 相反方向运动的光束的频率则增大了 3原子吸收高频率的光的可能性比吸 收低频率光的可能性大,因此原子受到 一 十与其运动方向相反的推力的作用, 4,原子在发射所吸收的光时.会受到 沿某一方向的推力的作用.但由于这一 过程重复多次,因此平均说来不产生净 使它的速度变慢力 冷却的设想是斯坦福大学的 TheodorHa~sch和ArthurSchawlow 于1975年率先提出来的.同一年华 盛顿大学的DaridJ.Wineland和 HansDehmelt还提出了一个用激光 冷却捕获离子的类似方案 研究人员预言,如果用其频率 咯低于实现最大吸收所需的频率的 激光从两侧照射一个原子,那么就 可以使这个原子冷却.如果该原子 沿着与两个光束之一相对的方向上 运动,那么从原子的角度来看,这一 光束的频率将增大.于是这一频率 变高的光就可能被原子所吸收,并 产生一个使原子的运动速度降低的 散射力 原子和与它运动方向相同的光 又是怎样相互作用的呢?在这种情 况下,原子吸收光的几率减小,因为 从原子的角度看光的频率下降了 两束光的净作用是产生一个散射 力,其方向与原子的运动方向相反 这一设想的美妙之处在于,当光沿 相反方向上运动时也将经受一个把 它拉回零速度的散射力的作用.这 样,如果在原子的周围安置三组沿 着相互垂直的轴行进的相对传播的 光束,就可使原子在三维方向上冷 却. 1985年,贝尔实验室的 Ashkin,LeoHollb~rg,John B~orkhohn,AlexCable和本文作者一 起将钠原子冷却到240微开氏度. 由于光场起着粘性力的作用,我们 把这一用来产生拖曳力的激光束组 合称作.光学糖浆”.虽然它不是一 个陷井,但是原子仍被束缚在这种 粘性介质中长达0.5秒后才逸出冷 却用的激光束外. 光学糖浆使我们得以解决阻碍 建造激光陷井的三个主要问题.第 一 ,通过将原子冷却到极低的温度, 我们可以减少原子的随机热运动, 从而使它们易于被捕获.第二,我们 可以比较容易地把原子装入陷井 中.只要将捕获光束聚焦于光学糖 浆的中心,原子就会在随机地进入 捕获光束时被抓住.第三,通过交替 使用捕获光束和冷却光束,我们就 可以减少捕获光束的加热作用在 我们完善了光学糖浆一年后,用光 捕获原子终于得以实现了. 即使用我们的第一个陷井中所 采用的装入方法,光学陷井的捕获 体积也以较大为宜能够使用散射 力的陷井需要低得多的光强度,这 就意味着必须克服光学厄恩肖定理 所造成的限制麻省理工学院的 DavidPritchard和科罗拉多大学的 CarlWieman及其同事提供了如何 设计这样一种陷井的重要线索.他 们指出,如果用随空间而变的电场 或磁场作用于原子,那么激光所引 起的散射力就不一定与光强度成比 例. 这一发现使巴黎高等师范学校 的JeanDal/tmrd提出了一个磁一 光陷井,它采用微弱的磁场和圆偏 振光.1987年,Pritehard的研究小 组秤本文作者在斯坦福大学的研究 小组合作建造了这样一个陷井三 年之后,Wieman的研究小组又进而 这一方法能够用于将原子捕获 于玻璃容器中,只需借助廉价的二 极管激光器即可.这一方法省去了 线圈产生磁场 围4借助原子糖浆可用来使原子的 温度冷却到远低于现有理论所预言 的下限.这一发现促使法兰西学院 和巴黎高等师范学校的Dalibard和 ChaudeCohen—Tannoud~以及本文 作者在斯坦福大学的研究小组构想 出一种激光冷却的新理论,此理论 是以原子问复杂而精巧的相互作用 以及原子同光场的相互作用为基础 的.现在原子已可以冷却到其平均 3 原子 后,将这些原子向上射出.在原子轨迹的顶端.微波脉}巾将原子从 一 十能态激发到另一十能态. 速度等于三次半光子反冲的温度 上.对于铯原子来说,这意味着比3 微开氏度还低的温度 Cohen?Tannoudji,AlainAspect, EnioArirnondo,RobinKaiser和Na— talieVansteenkiste(当时都在巴黎高 等师范学校)发明了一种比光学糖 浆更进一步的巧妙方案,它能够把 氦原子的温度冷却到相当于一个散 射光子的反冲速度以下.氦原子已 被冷却到沿一维方向上的2微开氏 度,现在研究人员正设法把这一方 法推广到二维和三维的场合中. 这种冷却方法是把原子捕获在 一 个完全确定速度状态中,就象我 们最初设计的光学陷井把原子捕获 在空间中那样.当原子散射光子时, 它的速度随机地变化.上述法国研 究人员的实验确定了原子发生反冲 并进入某一特定量子态的条件,这 一 特定量子态是两个具有接近于零 的不同速度的状态的组合.一旦处 于这一量子态中,散射光子的机会 就大大减少了.这意味着其它光子 不可能再散射从而使速度增加.如 果原子未进入这一量子态,它就继 续散射光子,从而有更多的机会寻 找这一所需的低速态.这样,通过让 原子随机地进入”速度捕获”的量子 态,可以实现原子的冷却. 除了冷却和捕获原子以外,研 究人员也演示了各种各样用于操纵 原子的原子透镜,反射镜和衍射光 栅.他们还制造了一些投有相应的 光学器件的装置.斯坦福大学和渡 恩大学的研究人员制造了一种原 子漏斗”,它可以将一团热原子转变 成可精确控制的冷原子流.斯坦 福大学的研究小组还制造了一种 “原子蹦床”.在这一装置中,从玻璃 表面上延伸出来的一片光线可以反 射原子.利用弯曲的玻璃表面,可以 制造基于引力和光的原子陷井. 很显然,现在我们已经学会了 相当轻松地操纵原子,但是这些本 领有些什么样的用处呢? 对于蒸汽状态的极冷原子,物 理学家能够研究这些原于在极低温 度下是如何相互作用的.根据量子 理论,原子的行为类似于波,其波长 等于普朗克常数除以粒子的动量. 当原子被冷却时,其动量随之降低, 因而它的波长就增加.当温度足够 低时,原子的平均波长将变得可与 原子间的平均距离相比.量子理论 预言,在这样低的温度及较高的密 度下,所有原子中将会有相当大一 部分凝聚成单一的量子基态.这种 不寻常的物质形态称为玻色一爱因 斯坦凝聚态,人们已预言过这种态 的存在,但从未在原子蒸汽中观察 到过它.麻省理工学院的Thomas Greytak和DanielKleppner以及阿 姆斯特丹太学的.1ookWalraven正 在尝试用磁陷井收集的氢原子来达 到这一状态.与此同时,其它一些研 究小组也在尝试用激光冷却的碱金 属(如铯或锂)原子来达到同样的目 的. 操纵原子的技术也为高分辨率 光谱学开辟了新的前景.斯坦福大 学的研究小组将几种这样的技术结 合起来,创造了一种可以用极高的 精度测量原子的光谱特性的装置. 我们已经设计出一种原子喷泉,它 可以把超冷原子足够平缓地向上发 射,以至重力最终将把原子向下拉 回来.喷泉用的原子是由一个磁一 光陷井在O,5秒的时间内收集起来 的;在这段时间之后,大约一千万个 原予以每秒两米左右的速度向上发 射.在原子轨迹的顶端,用相隔一定 时间的两个微波辐射脉冲对原子进 行探测.如果微波脉冲的频率经过 正确的调谐,则这两个脉冲将使原 于从一种量子态转变成另一种量子 圈5光学镊子可以操纵微观物体(如细胞).一个试样置于望远镜的镜 台上,望远 镜经过改装t使得绿色激光和红外激光辐射可以进入.绿光照亮试拌, 而红外光则捕获并 保持试样. 态(NormanRamsey因发明并运用 这一方法而荣获1989年诺贝尔物 理奖).在我们的首次实验中,我们 测量了一种原子的两个量子态之间 的能量差,其分辨率达到一千亿分 之二. 为什么用这种喷泉能进行如此 精确的测量呢?首先,原子是自由下 落的,并且很容易加以屏蔽,使其不 受任何可能改变其能级的扰动的影 响.其次,这种测量的精度要受海森 堡的不确定原理的影响.不确定原 理认为,能量测量的分辨率将被限 于普朗克常数除以测量”时间.在 我们的实验中,这一时间对应于两 个微渡脉冲之间间隔的时间.采用 原子喷泉,不受扰动的原子的测量 时间可长达一秒,对于室温下的原 子这榉长的测量时间是不可能实现 的. 由于借助原子喷泉可以对原子 的能级进行极为精确的测量,因此 有可能改进这一装置使其成为一种 更精确的原子钟.当前世界时间标 准是用铯原子的基态的两个特定能 级之间的能量差确定的.在第一个 原子喷泉问世两年之后,巴黎高等 师范学校的研究小组使用喷泉非常 精确地测量了铯原子的”时钟跃 迁”.这两个实验表明,适当设计的 仪器能够以一亿亿分之一的精度测 量这一跃迁的绝对频率,比当前最 好的时钟的精度提高了一千倍.在 这一前景的鼓舞下,世界各地至少 有八个研究小组正在尝试用原子喷 泉来改进铯时间标准. 另一个目前正在大力探索的用 37 囝6如左起头三幅照片所示,光学镊子将原生动物内的细胞器弹回r原来位置上. 拖到了细胞的一端.最右侧的图像显示的是细胞器在键放开后又 途是原子干涉术.第一台原子干涉如,玻璃强烈地吸收紫外辐射.但是 仪是由康斯坦茨大学,麻省理工学只要光被调谐到低于吸收频率,则 院,联邦理工学院和斯坦福大学的粒子将被吸引到激光强度最大的区 研究人员在1991年建造的.域. 原子干涉仪将一个原子分成空1986年,Ashkin,Bjorkholm,J. 间上彼此分开的两束波.该原子的B.Dziedzic和本文作者证明,尺寸在 这两个部分随后复合,彼此间发生0.02到10微米之间的粒子可被捕 干涉.实现这样一种分裂的最简单获在单一的聚焦激光束中.1970 的例子是让原子通过两个分开的机年,Ashkin将悬浮在水中的微米级 械狭缝.如果原子在穿过狭缝后复胶乳球捕获在两束聚焦的,相对传 合,那么就可以观测到类似波一样播的光束之间[光”激光的压力, 的干涉条纹.原子的干涉效应证明ArthurAshkin,《科学美国人》1972 了这样一个事实:原子的行为必定年2月号].但只是在此之后很久人 既是波动性又是粘子性的.们才认识到,如果单束激光聚焦得 更重要的是,原子干涉仪提供足够紧密,那么偶极力就足以克服 了以高灵敏度测量物理现象的可能推动微粒沿着激光束传播方向运动 性.在首次演示这一方法可能达到的散射力. 的灵敏度时,Markkasev|ch和本文采用单束激光的一个最大优点 作者建造了一台使用低速原子的干是它可以被当作一种光学镊子来操 涉仪.原子被分开,然后在喷泉中复纵小的粒子.这种光学镊子很容易 合.采用这种装置我们证明了重力结合到常规的显微镜中,其办法是 加速度的测量精度至少可以达到亿将激光引入显微镜的镜身,并用观 分之三,而且我们期望这一精度很察物镜使其聚焦.移动聚焦激光束, 快可以再提高一百倍.以前,重力对就可以同时对置于通常的显微镜 载 原子的作用的澍量精度只有百分之片上的试样进行观测和操纵. 一 左右.Ashkin和Dziedzic所发现的光 在最近几年中,有关原子捕获学镊子的一个用途已引起了生物学 的研究重新激起了人们对操纵其它家的兴趣.他们发现,光学镊子可在 中性粒子的兴趣.原子捕获的基本不造成明显伤害的情况下操纵活的 原理可以用于微米级粒子,例如聚细菌和其它有机物.鉴于在光学镊 苯乙烯球等.聚焦激光束中心处的子的焦点上,激光的强度通常为每 强电场使粒子极化,就象电场可以平方厘米1千万瓦,因此光学镊子 使原子极化一样.这样粒子象原子能无损伤地捕获活的有机体的能力 一 样,也要吸收特定频率的光.例确实是令人惊异的.业已证明,只要 38 有机体在捕获光束的频率上非常接 近于透明,那么就可以有效地由周 围的水来冷却它.当然,如果光的强 度太高,那么有机体仍然会被”烧 死”的. 已经发现光学镊子有多种用 途.Ashkin证明,可以用光学镊子在 不穿破细胞壁的情况下操纵活细胞 内的物体.StevenBlock和他在马萨 诸塞州坎布里奇Rouland研究所与 哈佛大学的同事们研究了细菌鞭毛 的机械特性.加利福尼亚大学欧文 分校的MichaelBurns及其同事则对 细胞核内的染色体时行了操纵. 光学镊子可用于检查更小的生 物系统.本文作者及其同事Robert Simmons,JeffFiner,JamesA.Spu- dich等应用光学镊子研究了分子水 平上肌肉的收缩.Block和杜克大学 的MichaelP.Sh~~tz正在进行与此 相关的研究.这项研究工作的目标 之一是测定单个肌球蛋白分子相对 于肌动蛋白纤维拉伸时所产生的 力.我们探测这个”分子马达的方 法是将一个聚苯乙烯球附着在一根 肌动蛋白纤维上,并用光学镊子抓 住这个球.当肌球蛋白的头部在肌 动蛋白纤维上擦动时,显微镜的观 测端上一个光电二极管即可探测到 运动.一个反馈电路随后控制光学 镊子相对于肌球蛋白拉动,以抵销 运动.这样我们就可以测量出肌球 蛋白在用力时拉伸的强度.? Spudich,StereoKrcn,Elizabeth Sunderman,SteveQuake和本文作者 正在对更小尺度上的有物,即单 个的DNA分子进行操纵试验.我们 用聚苯乙烯球附着在一股DNA的 端部,然后用两个光学镊子抓住聚 苯乙烯球.用染料分子给DNA染 色,用一台氩激光器产生的绿色激 光照亮染料并用一台高灵敏度的摄 象机探测荧光,我们就可以在拉动 DNA时对其进行观察.在我们的首 批实验中,我们测量了DNA的弹 性.将DNA的两端拉开,直至使它 完全伸展到其最大长度,然后再把 一 端橙开.研究此时DNA分子是如 何弹回来的,我们就可以检验远离 平衡态的聚合物物理特性的基本理 论. 光学镊子还可用于制备单个分 子以用于其它实验.将聚苯乙烯球 钉在显微镜载片上并加大激光功 率,我们发现这些球就可以”点焊” 到载片上,使DNA保持在被拉伸的 状态.这一方法或许可用于利备较 长的DNA以便在最先进的显微镜 下进行研究.我们希望最终能应用 这些操纵技术来研究酶沿DNA的 运动,并研究与基因表达和修复有 关的问题. 从研究人员得以使运动着的原 子停下来,用光学糖浆捕获原子并 制出第一批原子陷井到现在只过了 6年.借用一句流行的广告行话来 说,光学陷井已使我们得以通过一 些强有力的新方法”到达并接触”粒 子.我们已经证明,如果我们能够 “看见”原子或微观粒子,我们也许 就能抓住它,尽管中间可能有着隔 膜把原子同我们分开.目睹原子物 理学中的种种深奥的猜想如何发展 起来是十分令人愉快的:激光冷却 与激光捕获的方法及用途已经远远 超出了我们在发展初期的梦想.现 在我们已经拥有了一类可用于物 理,化学和生物研究的重要的新工 具. [郭爱伦译李文校] 参考文献 LASERSPECn)scOPYoFTRAPPED rDMICIONSWayneM.Itano.JC BergqulstandnJ.WmelandinScience— V.1.237.[oalge86l26I7:August7.1987. o00LlN LAS日RMAN?ULAT10NOFAT0MBAND pARTICL雎SinvenChuinScience.V.1. 253,pag86】866;August23,I991. (上接31) 源于非洲.这一预言被去年在摩洛 哥阿特拉斯山脉中的一个古新世灵 长类化石的发现所证实. 也许没有其它标本能像1974 年发掘于麦塞尔的食蚁兽~nroCa- mare/hajores~化石那样令人感兴趣, 无论是从它本身来说,或是从它揭 示出古代生物迁移方面的情况来说 都是如此.这类化石是贫齿目(E. dentata)中它所属的Vermilingtm亚 目内最古老和保存最好的,贫齿目 还包括树獭及犰狳.因为在北美洲 相应的地质沉积物中没有发现这个 目的化石,所以几乎可以肯定这些 动物不可能从南美洲经过北美洲前 进. 所以,非洲就被推测为它们到 达欧洲的通路.支持这个观点的证 据为:在晚白垩世及早第三纪期间 原始大西洋海峡的狭窄性,一直到 晚白垩世甚至或许到早古新世在南 美洲与非洲之间都有着断断续续的 陆地联系.还有,晚到始新世至渐新 世的过渡时期,即大约距今3500万 年前,大西洋扩张海底的许多山脊 还凸出于水面之上,形成了一系列 的踏脚石. 但我认真考虑了另一种解释. 虽然产自麦塞尔的r施m础(欧 洲小食蚁兽属)生活在5000万年 前,但它已具有现存属Tamand~a(较 小的食蚁兽)和Mrmecold~aaa(大型 食蚁兽)之高度复杂的鉴别特征.因 此,这个化石标本暗示着食蚁兽的 起源可以远远回溯到白垩纪. 此外,保存于现生贫齿类中的 原始性状导致大多数古生物学家和 动物学家把它们看作是现生有胎盘 类哺乳动物的最原始类群.在距今 大约9千万年南部超大陆——西冈 瓦纳大陆分裂成非洲和南美洲之 前,它们可能已存在很久了.关于进 化史的这种观点预言贫齿类住在非 洲已有很长的时间了,尽管在那里 还从未发现过这个目的现生成员或 化石成员. 进一步的研究将肯定会改进这 些假说,并且或许能产生检验它们 的更好方法.有理由希望,新产生的 回收与分析古老有机物质的技术可 以在保存得惊人地完好的麦塞尔化 石中找到丰富的试验领域.果真MA删ALIANPALE0FAUNASOFTHE WORLD.DonaldE.SavageandD~aaldE. Russel1.Ad【Iiso不_W髂leyPubIi曲,1983. DERB0ZANEh?ELSEE.嘲E LAKEMlEs11E1L.Edit~~lbyJ.L.Franz~nand W.Michadis.CourierFomehungslm-titut Sencttenberg,l988. MlEs11E1L.J}n?INT0THEH硅oRY 0FL吒ANDOFTHEEARTlH.Editedby SteflaanSchaalandwiIIiZiegler.Ox~ordU niversityPress(inpress). 39