Fyzici tvrdia, že vytvorili atómový laser, ktorý môže fungovať „navždy“

Schéma ukazuje, ako sa atómy šíria počas experimentu. (Univerzita v Amsterdame/Scixel)

Nový prielom umožnil fyzikom vytvoriť zväzok atómov, ktorý sa správa rovnako ako laser a ktorý môže teoreticky zostať „navždy“.

To by mohlo konečne znamenať, že technológia je na ceste k praktickej aplikácii, aj keď stále platia značné obmedzenia.

Napriek tomu je to obrovský krok vpred pre to, čo je známe ako „atómový laser“ – lúč vytvorený z atómov pochodujúcich ako jedna vlna, ktorá by sa jedného dňa mohla použiť na testovanie základných fyzikálnych konštánt a presnosti inžinierstva.



Atómové lasery sú tu už minútu. Prvý atómový laser vytvoril tím MIT fyzikov v roku 1996 . Koncept znie celkom jednoducho: rovnako ako tradičný svetelný laser pozostáva z fotónov, ktoré sa pohybujú synchronizovane so svojimi vlnami, laser vyrobený z atómov by si vyžadoval svoju vlastnú vlnovú povahu, aby sa zosúladil predtým, ako bude vytlačený ako lúč.

Rovnako ako u mnohých vecí vo vede je však jednoduchšie konceptualizovať ako realizovať. V koreni atómového lasera je a stav hmoty s názvom a Boseho-Einsteinov kondenzát alebo BEC.

BEC vzniká ochladzovaním oblaku bozóny len zlomok nad absolútnou nulou. Pri takýchto nízkych teplotách atómy klesajú na najnižší možný energetický stav bez úplného zastavenia.

Keď dosiahnu tieto nízke energie, kvantové vlastnosti častíc sa už nemôžu navzájom ovplyvňovať; pohybujú sa dostatočne blízko seba, aby sa akosi prekrývali, výsledkom čoho je oblak atómov s vysokou hustotou, ktorý sa správa ako jeden „superatóm“ alebo hmotná vlna.

BEC sú však akýmsi paradoxom. Sú veľmi krehké; dokonca aj svetlo môže zničiť BEC. Vzhľadom na to, že atómy v BEC sú chladené pomocou optických laserov , to zvyčajne znamená, že existencia BEC je prchavá.

Atómové lasery, ktoré sa vedcom doteraz podarilo dosiahnuť, boli skôr pulzné než nepretržité; a zahŕňajú odpálenie iba jedného impulzu predtým, ako je potrebné vygenerovať nový BEC.

Aby sa vytvoril kontinuálny BEC, tím výskumníkov na univerzite v Amsterdame v Holandsku si uvedomil, že je potrebné niečo zmeniť.

„V predchádzajúcich experimentoch sa postupné ochladzovanie atómov všetko robilo na jednom mieste. V našom nastavení sme sa rozhodli rozložiť kroky chladenia nie v priebehu času, ale v priestore: nútime atómy pohybovať sa, kým postupujú cez po sebe idúce kroky chladenia. vysvetlil fyzik Florian Schreck .

„Nakoniec sa ultrachladné atómy dostanú do srdca experimentu, kde sa môžu použiť na vytvorenie koherentných vĺn hmoty v BEC. Ale zatiaľ čo sa tieto atómy používajú, nové atómy sú už na ceste k doplneniu BEC. Týmto spôsobom môžeme udržať proces v chode – v podstate navždy.“

Toto „srdce experimentu“ je pasca, ktorá chráni BEC pred svetlom, nádrž, ktorú možno priebežne dopĺňať tak dlho, kým experiment prebieha.

Ochrana BEC pred svetlom produkovaným chladiacim laserom, hoci teoreticky jednoduchá, bola v praxi opäť o niečo náročnejšia. Boli tu nielen technické, ale aj byrokratické a administratívne prekážky.

„Keď sme sa v roku 2013 presťahovali do Amsterdamu, začali sme skokom viery, požičanými prostriedkami, prázdnou miestnosťou a tímom plne financovaným z osobných grantov,“ povedal fyzik Chun-Chia Chen , ktorý výskum viedol.

„O šesť rokov neskôr, v skorých vianočných ranných hodinách 2019, bol experiment konečne na pokraji fungovania. Mali sme nápad pridať ďalší laserový lúč, aby sme vyriešili posledný technický problém, a každý obrázok, ktorý sme urobili, okamžite ukázal BEC, prvý BEC so spojitou vlnou.“

Teraz, keď bola realizovaná prvá časť lasera s kontinuálnym atómom – časť „nepretržitý atóm“ – ďalší krok, povedal tím, pracuje na udržiavaní stabilného atómového lúča. Mohli by to dosiahnuť prenesením atómov do nezachyteného stavu, čím by sa extrahovala vlna šírenia hmoty.

Pretože použili atómy stroncia, populárnu voľbu pre BEC, vyhliadka otvára vzrušujúce príležitosti, povedali. Atómová interferometria využívajúca stroncium BEC by sa napríklad mohla použiť na výskum relativity a kvantovej mechaniky alebo na detekciu gravitačné vlny .

'Náš experiment je analógom vĺn hmoty kontinuálneho optického lasera s plne reflexnými dutinovými zrkadlami,' napísali vedci vo svojom článku .

'Táto demonštrácia princípu poskytuje nový, doteraz chýbajúci kus atómovej optiky, umožňujúci konštrukciu zariadení s nepretržitou koherentnou vlnou.'

Výskum bol publikovaný v r Príroda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.