عندما يرتفع جسيمان في بؤرة شعاع الليزر ، ينعكس الضوء بينهما ذهابًا وإيابًا لتشكيل موجات واقفة. يؤدي التفاعل مع هذه الموجات الواقفة إلى اصطفاف الجسيمات ذاتيًا في ظاهرة تُعرف باسم الارتباط البصري. الآن ، ولأول مرة ، نجح باحثون في جامعة فيينا والأكاديمية النمساوية للعلوم وجامعة دويسبورغ إيسن بألمانيا في التحكم الكامل في هذا الارتباط بين جسيمتين نانويتين مرفوعين بصريًا في أشعة الليزر المتوازية. يوفر الإنجاز منصة جديدة لاستكشاف ديناميكيات الكم الجماعية بجسيمين أو أكثر.
في العمل ، أظهر الباحثون أنه من خلال ضبط خصائص شعاع الليزر ، يمكنهم التحكم ليس فقط في قوة التفاعل بين الجسيمات ، ولكن أيضًا في ما إذا كان هذا التفاعل جذابًا أو مثيرًا للاشمئزاز أو حتى غير متبادل. يوضح أحد أعضاء الفريق أن "غير المتبادل يعني أن أحد الجسيمات يدفع الآخر بينما الآخر لا يدفع إلى الوراء" بنيامين ستيكلر ل جامعة دويسبورغ-ايسن. "بينما يبدو أن هذا السلوك ينتهك قانون نيوتن الثالث في نظام يبدو متماثلًا تمامًا ، إلا أنه ليس كذلك لأن بعض الزخم ينقله مجال الضوء".
تشتت متماسك
لم تصف الدراسات السابقة للجسيمات المرتبطة بصريًا هذا السلوك غير المتبادل ، لكن الفريق يقول إنه ينبع من ظاهرة تُعرف باسم الانتثار المتماسك. بشكل أساسي ، عندما يصطدم ضوء الليزر بجسيم نانوي ، يصبح الجسيم النانوي مستقطبًا بحيث يتبع تذبذبات الموجات الكهرومغناطيسية للضوء.
يوضح أحد أعضاء الفريق: "نتيجة لذلك ، فإن كل الضوء المشتت من الجسيم يتذبذب في الطور مع الليزر الوارد" اروس ديليك ل جامعة فيينا. يمكن للضوء المشتت من أحد الجسيمات أن يتداخل مع الضوء الذي يحبس الجسيم الآخر. إذا كان من الممكن ضبط المرحلة بين هذه الحقول الضوئية ، فيمكن أيضًا ضبط قوة وخصائص القوى بين الجسيمات. "
لإثارة هذا السلوك ، أنشأ أعضاء الفريق في فيينا ملاقطين بصريين متوازيين مع مُعدِّل ضوئي مكاني ، وهو عبارة عن شاشة بلورية سائلة يمكنها تقسيم أو تشكيل شعاع الليزر. يوضح ديليك: "يتم حصر الجسيمات في البداية بالقرب من بعضها البعض لمعرفة كيفية تفاعلها عبر الضوء الذي يرتد عنها - أي كيف ترتبط بصريًا". "الطريقة للقيام بذلك هي ملاحظة كيفية ترددات التذبذب الخاصة بها عندما نقترب منها: كلما تغيرت ، كان التفاعل أقوى."
بفضل الحسابات النظرية التي أجراها زملاؤهم في دويسبورغ ، وجد الباحثون أن التفاعلات يمكن أن تصبح غير متبادلة في بيئة معينة. تم تأكيد هذه النتيجة من خلال الملاحظات في المختبر ، حيث تبين أن التفاعل بين الجسيمات كان أكثر تعقيدًا مما كان متوقعًا.
"أداة جديدة جذريًا"
يقول ديليك وستكلر: "توفر تجربتنا أداة جديدة جذريًا للتحكم في التفاعلات واستكشافها بين الأجسام النانوية المرتفعة" عالم الفيزياء. "مستوى التحكم والتشغيل المحققين في النظام الكمومي يفتح العديد من طرق البحث المثيرة للاهتمام ، على سبيل المثال دراسة الظواهر المعقدة في أنظمة متعددة الجسيمات."
تحتوي الملاقط البصرية على جزيئات نانوية في الهيليوم فائق السوائل
يقول الباحثون إنهم سيحاولون الآن توسيع نطاق تقنيتهم بحيث يمكن توسيعها لتشمل العديد من الجسيمات النانوية المرتفعة. يقول ديليك وستكلر: "ستسمح لنا التفاعلات القابلة للضبط ببرمجة الروابط بين الجسيمات واستكشاف كيفية تحركها بشكل جماعي وتشكيل أنماط".
تم نشر هذه الدراسة في علوم.
