من خلال شعاع الليزر ، يمكن استقطاب الذرات بحيث يمكن أن تصبح موجبة الشحنة من جانب وشحنة سالبة من الجانب الآخر. ونتيجة لذلك ، يتم جذبهم إلى بعضهم البعض ، مما يخلق حالة ارتباط فريدة أضعف بكثير من الارتباط بين ذرتين في جزيء معين ولكن مع ذلك يمكن قياسها. إن شعاع الليزر ، الذي يمكن اعتباره "جزيء" من الضوء والمادة ، يمنح الذرات المستقطبة بطريقة ما القدرة على جذب بعضها البعض.
لطالما كانت هذه الظاهرة متوقعة نظريًا ، لكن الباحثين في جامعة انسبروك ومركز فيينا لعلوم وتكنولوجيا الكم (VCQ) في جامعة فيينا للتكنولوجيا لقد حققوا الآن القياس الأول لهذا الارتباط الذري غير العادي. لقد خلقوا حالة ارتباط خاصة جدًا بين الذرات في المختبر لأول مرة. يمكن استخدام هذا التفاعل لمعالجة الذرات شديدة البرودة وقد يؤثر أيضًا على كيفية تشكل الجزيئات في الفضاء.
قال البروفيسور فيليب هاسلينجر ، الذي يدعم بحثه في Atominstitut في TU Wien برنامج FWF START: "في ذرة متعادلة كهربائيًا ، تُحاط نواة ذرية موجبة الشحنة بإلكترونات سالبة الشحنة ، والتي تحيط بنواة الذرة مثل السحابة. إذا قمت الآن بتشغيل مجال كهربائي خارجي ، فإن توزيع الشحن هذا يتغير قليلاً ".
"الشحنة الموجبة تتحول قليلاً في اتجاه واحد ، والشحنة السالبة قليلاً في الاتجاه الآخر ، والذرة فجأة لها جانب موجب وسالب ، مستقطبة."
من الممكن إنشاء تأثير استقطاب بضوء الليزر لأن الضوء مجرد حقل كهرومغناطيسي التي تتغير بسرعة. يستقطب الضوء جميع الذرات (عند وضعها بجانب بعضها البعض) بنفس الطريقة - موجب على اليسار وسالب على اليمين ، أو العكس. في كلتا الحالتين ، تقوم ذرتان متجاورتان بتحويل شحنات مختلفة تجاه بعضهما البعض ، مما يخلق قوة بينهما.
قالت ميرا مايوجر من TU Wien ، المؤلف الأول للنشر ، "هذه قوة جاذبة ضعيفة للغاية ، لذا عليك أن تجرب بعناية فائقة لتتمكن من قياسها. إذا كانت الذرات تمتلك قدرًا كبيرًا من الطاقة وتتحرك بسرعة ، فإن القوة الجاذبة تختفي على الفور. وهذا هو سبب استخدام سحابة من الذرات شديدة البرودة ".
قالت ميرا مايوجر من TU Wien ، المؤلف الأول للنشر ، "هذه قوة جاذبة ضعيفة للغاية ، لذا عليك أن تجرب بعناية فائقة لتتمكن من قياسها. إذا كانت الذرات تمتلك قدرًا كبيرًا من الطاقة وتتحرك بسرعة ، فإن القوة الجاذبة تختفي على الفور. وهذا هو سبب استخدام سحابة من الذرات شديدة البرودة ".
استخدم العلماء تقنية تمكنوا من خلالها من التقاط الذرات أولاً ثم تبريدها في مصيدة مغناطيسية على شريحة ذرة. ثم يتم إطلاق الذرات في حالة السقوط الحر بعد إيقاف تشغيل المصيدة. على الرغم من كونها "شديدة البرودة" - مع درجة حرارة أقل من واحد على مليون من كلفن - فإن السحابة الذرية لديها طاقة كافية للنمو خلال الخريف. ومع ذلك ، فإن نمو هذه السحابة الذرية يتباطأ إذا تم استقطاب الذرات بشعاع ليزر خلال هذه المرحلة ، مما يخلق قوة جذب بينهما. هذه هي الطريقة التي يتم بها قياس القوة الجذابة.
قال ماتياس سونلايتنر ، الذي وضع الأساس النظري للتجربة ، "استقطاب الذرات الفردية بأشعة الليزر ليس بالأمر الجديد. ومع ذلك ، فإن الشيء المهم في تجربتنا هو أننا نجحنا لأول مرة في عدة ذرات مستقطبة معًا بطريقة مضبوطة ، مما خلق قوة جذابة قابلة للقياس بينها ".
فيليب هاسلينجر محمد, "هذه القوة الجاذبة هي أداة تكميلية للتحكم في الذرات الباردة. ولكن يمكن أن يكون مهمًا أيضًا في الفيزياء الفلكية: في اتساع الفضاء ، يمكن للقوى الصغيرة أن تلعب دورًا مهمًا. هنا ، تمكنا من إظهار لأول مرة أن الإشعاع الكهرومغناطيسي يمكن أن يولد قوة بين الذرات ، مما قد يساعد في إلقاء ضوء جديد على سيناريوهات الفيزياء الفلكية التي لم يتم شرحها بعد ".
المرجع مجلة:
- Mira Maiwöger و Matthias Sonnleitner et al. مراقبة القوى ثنائية القطب المستحثة بالضوء في الغازات الذرية فائقة البرودة. فيز. القس العاشر 12، 031018 - تم النشر في 27 يوليو 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevX.12.031018
