أجرى الباحثون في المملكة المتحدة حسابات توضح كيف يمكن استخدام "الضوء الملتوي" لمعالجة الذرات شديدة البرودة في حالة غريبة من المادة تسمى مكثف بوز-آينشتاين (BEC). باستخدام النماذج النظرية ، جرانت هندرسون اكتشف وزملاؤه في جامعة ستراثكلايد بالمملكة المتحدة أنه يمكن توليد سوليتونات المادة الخفيفة من خلال التفاعل بين واجهات موجات الضوء ذات الشكل اللولبي و BECs.
BECs هي حالة غريبة للمادة ، حيث يتم تبريد غاز من ذرات متطابقة بالقرب من الصفر المطلق. هذا يقود جزءًا كبيرًا من الذرات إلى أدنى حالة كمومية ، وعندما يحدث هذا ، يتم تحديد فيزياء الغاز بواسطة دالة موجية عيانية.
إحدى الميزات المثيرة للاهتمام بشكل خاص لـ BECs هي solitons ، وهي عبارة عن حزم موجية تحافظ على أشكالها أثناء سفرها. تم العثور على Solitons أيضًا عبر مجموعة واسعة من المجالات ، بما في ذلك الديناميكا المائية والمواد الفيروكهربائية والموصلات الفائقة.
يحدث soliton البصري المكاني عندما يتم موازنة انعراج الضوء في الوسط بعناية عن طريق التركيز الذاتي. التركيز الذاتي هو تأثير غير خطي يتضمن الضوء نفسه يغير الخصائص البصرية للوسط.
التواء ثنائيات الأقطاب
استكشف فريق هندرسون في دراستهم سيناريو أكثر تعقيدًا. بدلاً من شعاع الليزر التقليدي بتوزيع كثافة غاوسي ، اعتبروا الضوء "الملتوي". هذا ضوء ذو واجهة موجة تلتف حول محور انتقالها مثل المفتاح. تحمل هذه الحزم زخمًا زاويًا مداريًا ، مما يعني أنها تستطيع تدوير ثنائيات الأقطاب الكهربائية ذات المقياس الذري التي تواجهها في وسط.
قام الفريق بحساب ما سيحدث عندما يتفاعل شعاع من الضوء الملتوي مع ذرات BEC التي تتحرك في نفس اتجاه الضوء. يتنبأون بأن تأثير التركيز الذاتي قد يتسبب في تشظي الضوء الملتوي إلى solitons. نظرًا لأن ذرات BEC تنجذب إلى الضوء عالي الكثافة ، فسيتم "التقاط" الذرات بواسطة السوليتونات الضوئية. والنتيجة هي إنشاء حزم موجات ذرة خفيفة مقترنة.
يتشعب الضوء في اتجاه واحد في مكثف بوز-آينشتاين
تلتف الذرات الموجودة في هذه الحزم أثناء انتشارها ، ووجد الفريق أن عدد الحزم التي تم إنشاؤها يساوي ضعف الزخم الزاوي المداري للضوء الملتوي. يوضح الشكل أعلاه ، على سبيل المثال ، إنشاء السولتونات الأربعة التي قد تحدث عندما يتفاعل الضوء ذو الزخم الزاوي المداري لاثنين مع BEC.
يقدم الاكتشاف تقنية جديدة بسيطة لنحت المواد الغريبة في أشكال معقدة ، والتحكم بعناية في نقل ذرات BEC. يقترح هندرسون وزملاؤه الآن إمكانية تسخير التأثير في تقنيات الكم الجديدة: بما في ذلك أجهزة الكشف فائقة الحساسية ، والدوائر التي تستخدم الذرات المحايدة لنقل التيارات.
تم وصف البحث في استعراض للحروف البدنية.
