Μέσω μιας δέσμης λέιζερ, η πόλωση των ατόμων είναι δυνατή έτσι ώστε να φορτιστούν θετικά στη μία πλευρά και αρνητικά στην άλλη. Ως αποτέλεσμα, έλκονται το ένα προς το άλλο, δημιουργώντας μια μοναδική κατάσταση δεσμού που είναι σημαντικά πιο αδύναμη από τη σύνδεση μεταξύ δύο ατόμων σε ένα συγκεκριμένο μόριο, αλλά μετρήσιμη. Η δέσμη λέιζερ, η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως ένα «μόριο» φωτός και ύλης, δίνει κατά κάποιο τρόπο στα πολωμένα άτομα τη δύναμη να ελκύουν το ένα το άλλο.
Αυτό το φαινόμενο αναμενόταν από καιρό θεωρητικά, αλλά οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ και το Κέντρο Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Βιέννης (VCQ) στο TU Βιέννη έχουν επιτύχει τώρα την πρώτη μέτρηση αυτής της ασυνήθιστης ατομικής σύνδεσης. Δημιούργησαν μια πολύ ειδική κατάσταση σύνδεσης μεταξύ ατόμων στο εργαστήριο για πρώτη φορά. Αυτή η αλληλεπίδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον χειρισμό πολύ ψυχρών ατόμων και μπορεί επίσης να επηρεάσει τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται τα μόρια στο διάστημα.
Ο καθηγητής Philipp Haslinger, του οποίου η έρευνα στο Atominstitut στο TU Wien υποστηρίζεται από το πρόγραμμα FWF START, είπε: «Σε ένα ηλεκτρικά ουδέτερο άτομο, ένας θετικά φορτισμένος ατομικός πυρήνας περιβάλλεται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, τα οποία περιβάλλουν τον ατομικό πυρήνα σαν ένα σύννεφο. Εάν ενεργοποιήσετε τώρα ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, αυτή η κατανομή φορτίου μετατοπίζεται λίγο».
«Το θετικό φορτίο μετατοπίζεται ελαφρώς προς τη μία κατεύθυνση, το αρνητικό φορτίο ελαφρώς προς την άλλη κατεύθυνση, το άτομο ξαφνικά έχει μια θετική και μια αρνητική πλευρά, πολωμένη».
Η δημιουργία ενός εφέ πόλωσης με το φως λέιζερ είναι δυνατή καθώς το φως είναι απλώς ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που αλλάζει γρήγορα. Το φως πολώνει όλα τα άτομα (όταν τοποθετούνται το ένα δίπλα στο άλλο) με τον ίδιο τρόπο - θετικό στα αριστερά και αρνητικό στα δεξιά ή αντίστροφα. Και στις δύο περιπτώσεις, δύο γειτονικά άτομα στρέφουν διαφορετικά φορτία το ένα προς το άλλο, δημιουργώντας μια δύναμη μεταξύ τους.
Η Mira Maiwöger από το TU Wien, ο πρώτος συγγραφέας της έκδοσης, είπε: «Αυτή είναι μια πολύ αδύναμη ελκτική δύναμη, επομένως πρέπει να πειραματιστείτε πολύ προσεκτικά για να μπορέσετε να τη μετρήσετε. Εάν τα άτομα έχουν πολλή ενέργεια και κινούνται γρήγορα, η ελκτική δύναμη εξαφανίζεται αμέσως. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιήθηκε ένα σύννεφο από υπερψυχρά άτομα».
Η Mira Maiwöger από το TU Wien, ο πρώτος συγγραφέας της έκδοσης, είπε: «Αυτή είναι μια πολύ αδύναμη ελκτική δύναμη, επομένως πρέπει να πειραματιστείτε πολύ προσεκτικά για να μπορέσετε να τη μετρήσετε. Εάν τα άτομα έχουν πολλή ενέργεια και κινούνται γρήγορα, η ελκτική δύναμη εξαφανίζεται αμέσως. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιήθηκε ένα σύννεφο από υπερψυχρά άτομα».
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια τεχνική με την οποία πρώτα συνέλαβαν και στη συνέχεια ψύξαν τα άτομα σε μια μαγνητική παγίδα σε ένα ατομικό τσιπ. Στη συνέχεια, τα άτομα απελευθερώνονται σε ελεύθερη πτώση μετά την απενεργοποίηση της παγίδας. Παρά το γεγονός ότι είναι «υπερψυχρό» - με θερμοκρασία μικρότερη από το ένα εκατομμυριοστό του Kelvin - το νέφος ατόμων έχει αρκετή ενέργεια για να αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια της πτώσης. Ωστόσο, αυτή η ανάπτυξη του ατομικού νέφους επιβραδύνεται εάν τα άτομα πολωθούν με δέσμη λέιζερ κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, δημιουργώντας μια ελκτική δύναμη μεταξύ τους. Έτσι μετριέται η ελκτική δύναμη.
Ο Matthias Sonnleitner, ο οποίος έθεσε τα θεωρητικά θεμέλια για το πείραμα, είπε: «Η πόλωση μεμονωμένων ατόμων με ακτίνες λέιζερ δεν είναι κάτι καινούργιο. Το κρίσιμο πράγμα για το πείραμά μας, ωστόσο, είναι ότι πετύχαμε για πρώτη φορά πολλά πολωμένα άτομα μαζί με ελεγχόμενο τρόπο, δημιουργώντας μια μετρήσιμη, ελκτική δύναμη μεταξύ τους».
Philipp Haslinger είπε, «Αυτή η ελκτική δύναμη είναι ένα συμπληρωματικό εργαλείο για τον έλεγχο ψυχρών ατόμων. Αλλά θα μπορούσε επίσης να είναι σημαντικό στην αστροφυσική: Στην απεραντοσύνη του διαστήματος, μικρές δυνάμεις μπορούν να παίξουν σημαντικό ρόλο. Εδώ, μπορέσαμε να δείξουμε για πρώτη φορά ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπορεί να δημιουργήσει μια δύναμη μεταξύ των ατόμων, η οποία μπορεί να βοηθήσει να ρίξει νέο φως σε αστροφυσικά σενάρια που δεν έχουν ακόμη εξηγηθεί».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner et al. Παρατήρηση δυνάμεων διπόλου-διπόλου που προκαλούνται από το φως σε υπερψυχρά ατομικά αέρια. Φυσ. Αναθ. X 12, 031018 – Δημοσιεύθηκε 27 Ιουλίου 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevX.12.031018
