冷原子物理学呢？

微观世界的粒子具有波粒二象性。德布罗意波(物质波)的波长λ = h/mv，与粒子的动量成反比。因为室温下原子的平均速度达到每分钟几百米，所以它们的德布罗意波长很小，大约10-12米。大多数原子处于不同的量子态，相干长度很短，很难形成干涉。冷原子的最低温度可达几毫微克，平均速度可达每秒几厘米，德布罗意波长约为10-7米，相干长度很长，因此可以宏观观察到相干现象。当碱金属原子被大量冷却到最低能态产生玻色-爱因斯坦凝聚时，这些最低能态的原子会产生物质波干涉，这是人类首次观测到事物粒子的物质波干涉现象。

主要应用领域:原子干涉仪。

目前，干涉测量中广泛采用两束激光之间的干涉。因为光子基本不受重力影响，所以很难用激光精确测量重力。原子受到重力作用是显而易见的，因此原子干涉仪可以有效地测量重力和引力波的微小变化，它将是未来航天技术的必备设备。

原子间的碰撞是加宽原子能级宽度的主要因素。由于速度低、温度低，原子间的碰撞远小于热原子，因此冷原子的能级宽度比热原子小得多，它们具有更精确的原子能级结构和更窄的跃迁光谱，对于精确测量原子能级和各种常数具有重要意义。国际上开展了冷原子激光放大器的研究，获得了线宽很窄、单色性很好的激光线。

主要用途:冷原子钟

原子钟的精度取决于原子能级的精度。目前原子钟主要以原子精细能级跃迁作为频率标准。由于冷原子的能级精度远优于热原子，冷原子钟将输出更精确的频率，这将大大提高人类的时间精度，使人类的时间标准和距离标准发生革命性的变化。它将是未来全球定位系统和空间定位系统的核心技术。目前，欧洲的伽利略全球定位系统计划逐步采用冷原子钟，美国也计划使用冷原子钟来大大提高GPS系统的性能。冷原子钟的发展将具有深远的军事和科学意义。

在微观尺度上操纵原子和分子，按照人的意愿改变原子和分子的排列和组合，是人类长久以来的梦想。在凝聚态物理的前沿表面物理中，利用扫描隧道显微镜可以移动和控制某些原子的位置，但不离开样品表面就无法完成原子和分子的捕获。激光冷却技术正好弥补了这一缺陷。比如，我们可以用激光捕获我们需要的原子，然后用激光把它们输送到我们需要的地方，使它们结合成新的分子或凝聚态物质。我们甚至可以用激光捕获DNA等生物大分子，替换其上的一些原子，从而改良动物或人类的基因，这将导致分子生物学的一次重大革命。

目前，来自德国马普量子光学研究所(MPQ)的科学家已经在CERN开始了一个项目，就是通过激光冷却技术捕获反氢原子，研究它们与氢原子的异同。这个项目成功的那一天，将是人类控制和利用反物质的开始。