Lazeri atomik krijon modele reflektuese të ngjashme me dritën

Të ftohur në pothuajse zero absolute, atomet jo vetëm që lëvizin në valë si drita, por gjithashtu mund të përqendrohen në forma të quajtura kaustike, të ngjashme me modelet reflektuese ose thyerëse që bën drita në fund të një pishine ose përmes një gote vere të lakuar.

Në eksperimentet në Universitetin Shtetëror të Uashingtonit, shkencëtarët kanë zhvilluar një teknikë për të parë këto kaustike të valëve të lëndës duke vendosur pengesa tërheqëse ose të neveritshme në rrugën e një lazeri atomik të ftohtë. Rezultatet janë lakime ose palosje, forma “V” lart ose poshtë, të cilat studiuesit i përshkruajnë në një punim për Nature Communications.

Ndërsa është një kërkim themelor, këto kaustikë kanë aplikime të mundshme për matje shumë të sakta ose pajisje kohore si interferometrat dhe orët atomike.

“Është një demonstrim i bukur se si ne mund të manipulojmë valët e materies në një mënyrë që është shumë e ngjashme me atë se si dikush do të manipulonte dritën,” tha Peter Engels, profesor i shquar i WSU Yount dhe autor i lartë i punimit. “Një atom përshpejtohet nga graviteti, kështu që ne mund të imitojmë efekte që do të ishin shumë të vështira për t’u parë me dritë. Gjithashtu, duke qenë se atomet u përgjigjen shumë gjërave të ndryshme, ne mund ta shfrytëzojmë këtë potencialisht për lloje të reja sensorësh që janë veçanërisht të mirë në zbulimi i fushave magnetike, gradientëve në fushat elektrike ose në gravitet.”

Për të arritur këto efekte, së pari shkencëtarët duhej të krijonin një nga vendet më të ftohta në Tokë, të cilin ata ishin në gjendje ta realizonin në laboratorin e Fizikës Kuantike Fundamentale në WSU. Engels dhe kolegët e tij përdorën lazer optikë për të marrë energji nga një re atomike e bllokuar brenda një dhome vakum, duke e ftohur atë shumë afër zeros absolute (−273.15 gradë Celsius ose -459.67 gradë Fahrenheit).

Ky ftohtësi ekstreme bën që atomet të sillen në mënyrë mekanike kuantike në mënyra shumë të ndryshme nga ligjet e njohura të natyrës. Në këto kushte, në vend që të sillen si grimca të materies, atomet lëvizin si valë. Retë e formuara nga atome të tilla njihen si kondensata Bose-Einstein, të quajtura sipas teoricienëve, puna e të cilëve parashikoi për herë të parë këtë gjendje të materies, Albert Einstein dhe Satyendra Nath Bose.

Në procesin e eksplorimit të këtyre kondensatave, studiuesit në WSU krijuan një lazer me atom të ftohtë, që do të thotë se atomet e ngjashme me valën filluan të rreshtohen në një kolonë dhe të lëvizin së bashku.

“Një lazer me dritë është një rrjedhë fotonesh e lidhur dhe koherente, dhe ne në thelb po e bëjmë këtë me atomet,” tha Maren Mossman, autorja e parë e gazetës që punoi në projekt si studente postdoktorale në WSU dhe tani është Clare Boothe. Luce asistent profesor i fizikës në Universitetin e San Diegos. “Atomet ecin së bashku dhe sillen si një objekt i vetëm. Kështu, atëherë, ne vendosëm të shohim se çfarë do të ndodhte nëse e shtypim këtë.”

Për këtë studim, kërkuesit ‘sulën’ lazerin e atomit duke vendosur pengesa optike në rrugën e tij, duke ndriçuar në thelb gjatësi vale specifike të dritave lazer mbi rrymën përshpejtuese të atomeve. Një lloj pengese i zmbrapsi atomet dhe bënte kaustikë në forma të palosura poshtë; një tjetër i tërhiqte duke bërë kaustikë në forma kulmore lart.

Sistemi është gjithashtu shumë i rregullueshëm, thanë studiuesit, që do të thotë se ata mund të ndryshojnë shpejtësinë e përshpejtimit të atomeve.

“Kaustika në lazerat atomike nuk është studiuar kurrë me këtë fleksibilitet,” tha Engels.

Përveç Engels dhe Mossman, bashkëautorët përfshijnë Michael Forbes, profesor i asociuar i WSU në Departamentin e Fizikës dhe Astronomisë dhe Thomas Bersano, një ish-student post-doktoral i WSU tani në Laboratorin Kombëtar të Los Alamos.