Ερευνητές στο Ηνωμένο Βασίλειο έχουν κάνει υπολογισμούς που δείχνουν πώς το «στριμμένο φως» μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να χειριστεί τα εξαιρετικά ψυχρά άτομα σε μια εξωτική κατάσταση της ύλης που ονομάζεται συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC). Χρησιμοποιώντας θεωρητικά μοντέλα, Γκραντ Χέντερσον και συνάδελφοι στο Πανεπιστήμιο Strathclyde του Ηνωμένου Βασιλείου ανακάλυψαν ότι τα σολίτονα φωτός-ύλης θα μπορούσαν να δημιουργηθούν μέσω της αλληλεπίδρασης μεταξύ των μετώπων κύματος σε σχήμα τιρμπουσόν και των BEC.
Τα BEC είναι μια εξωτική κατάσταση της ύλης, στην οποία ένα αέριο πανομοιότυπων ατόμων ψύχεται κοντά στο απόλυτο μηδέν. Αυτό οδηγεί ένα μεγάλο κλάσμα των ατόμων στη χαμηλότερη κβαντική κατάσταση, και όταν συμβαίνει αυτό, η φυσική του αερίου ορίζεται από μια μακροσκοπική κυματική συνάρτηση.
Ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό των BEC είναι τα σολιτόνια, τα οποία είναι πακέτα κυμάτων που διατηρούν το σχήμα τους καθώς ταξιδεύουν. Τα σολίτονα βρίσκονται επίσης σε ένα ευρύ φάσμα πεδίων, όπως η υδροδυναμική, τα σιδηροηλεκτρικά υλικά και οι υπεραγωγοί.
Ένα χωρικό οπτικό σολιτόνιο εμφανίζεται όταν η περίθλαση του φωτός σε ένα μέσο εξισορροπείται προσεκτικά με αυτοεστίαση. Η αυτοεστίαση είναι ένα μη γραμμικό εφέ που περιλαμβάνει το ίδιο το φως που αλλάζει τις οπτικές ιδιότητες του μέσου.
Δίπολα συστροφής
Στη μελέτη τους, η ομάδα του Henderson διερεύνησε ένα πιο περίπλοκο σενάριο. Αντί για μια συμβατική δέσμη λέιζερ με κατανομή έντασης Gauss, θεώρησαν «στριμμένο» φως. Αυτό είναι ελαφρύ με μέτωπο κύματος που περιστρέφεται γύρω από τον άξονα κίνησης του σαν τιρμπουσόν. Αυτές οι δέσμες φέρουν τροχιακή γωνιακή ορμή, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να περιστρέψουν ηλεκτρικά δίπολα ατομικής κλίμακας που συναντούν σε ένα μέσο.
Η ομάδα υπολόγισε τι θα συνέβαινε όταν μια δέσμη συνεστραμμένου φωτός αλληλεπιδράσει με τα άτομα ενός BEC που κινείται στην ίδια κατεύθυνση με το φως. Προβλέπουν ότι το εφέ αυτοεστίασης θα αναγκάσει το στριμμένο φως να κατακερματιστεί σε σολίτονα. Δεδομένου ότι τα άτομα του BEC έλκονται από φως υψηλής έντασης, τα άτομα θα «συλλαμβάνονταν» από τα οπτικά σολίτονα. Το αποτέλεσμα είναι η δημιουργία συζευγμένων πακέτων κυμάτων φωτός-ατόμου.
Ελαφρύ διχάλες μονής κατεύθυνσης σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein
Τα άτομα σε αυτά τα πακέτα συστρέφονται καθώς διαδίδονται και η ομάδα διαπίστωσε ότι ο αριθμός των πακέτων που δημιουργήθηκαν είναι ίσος με το διπλάσιο της τροχιακής γωνιακής ορμής του συνεστραμμένου φωτός. Το παραπάνω σχήμα, για παράδειγμα, δείχνει τη δημιουργία των τεσσάρων σολιτονίων που θα συνέβαιναν όταν φως με τροχιακή γωνιακή ορμή δύο αλληλεπιδρά με ένα BEC.
Η ανακάλυψη παρουσιάζει μια απλή νέα τεχνική για τη γλυπτική εξωτικής ύλης σε πολύπλοκα σχήματα και τον προσεκτικό έλεγχο της μεταφοράς των ατόμων BEC. Ο Henderson και οι συνεργάτες του προτείνουν τώρα ότι το φαινόμενο θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε νέες κβαντικές τεχνολογίες: συμπεριλαμβανομένων των υπερευαίσθητων ανιχνευτών και κυκλωμάτων που χρησιμοποιούν ουδέτερα άτομα για να μεταφέρουν ρεύματα.
Η έρευνα περιγράφεται στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης.
