Ühendkuningriigi teadlased on teinud arvutusi, mis näitavad, kuidas "keerdunud valgust" saab kasutada ülikülmade aatomitega manipuleerimiseks eksootilises aine olekus, mida nimetatakse Bose-Einsteini kondensaadiks (BEC). Kasutades teoreetilisi mudeleid, Grant Henderson ja kolleegid Ühendkuningriigi Strathclyde'i ülikoolist avastasid, et valguse aine solitoneid saab tekitada korgitserikujuliste valguse lainefrontide ja BEC-de vahelise interaktsiooni kaudu.
BEC-d on aine eksootiline olek, milles identsetest aatomitest koosnev gaas jahutatakse absoluutse nulli lähedale. See viib suure osa aatomitest madalaimasse kvantolekusse ja kui see juhtub, määratakse gaasi füüsika makroskoopilise lainefunktsiooniga.
Üks eriti huvitav BEC-de omadus on solitonid, mis on lainepaketid, mis säilitavad liikumisel oma kuju. Solitoneid leidub ka paljudes valdkondades, sealhulgas hüdrodünaamikas, ferroelektrilistes materjalides ja ülijuhtides.
Ruumiline optiline soliton tekib siis, kui valguse difraktsioon keskkonnas on iseteravustamise abil hoolikalt tasakaalustatud. Iseteravustamine on mittelineaarne efekt, mille käigus valgus ise muudab kandja optilisi omadusi.
Keerduvad dipoolid
Oma uuringus uuris Hendersoni meeskond keerukamat stsenaariumi. Tavapärase Gaussi intensiivsusjaotusega laserkiire asemel pidasid nad "keerdunud" valgust. See on kerge lainefrondiga, mis keerleb ümber oma liikumistelje nagu korgitser. Need talad kannavad orbitaalset nurkmomenti, mis tähendab, et nad saavad pöörata aatomiskaala elektrilisi dipoole, millega nad keskkonnas kokku puutuvad.
Meeskond arvutas välja, mis juhtuks, kui väänatud valgusvihk interakteerub valgusega samas suunas liikuva BEC-i aatomitega. Nad ennustavad, et iseteravustamise efekt põhjustab keerdunud valguse killustumise solitoniteks. Kuna BEC-i aatomeid tõmbab suure intensiivsusega valgus, siis optilised solitonid "püüdsid" aatomid. Tulemuseks on ühendatud valgus-aatomi lainepakettide loomine.
Valgus hargneb ühes suunas Bose-Einsteini kondensaadis
Nendes pakettides olevad aatomid väänavad levides ja meeskond leidis, et loodud pakettide arv on võrdne keerdunud valguse orbiidi nurkmomendi kahekordsega. Ülaltoodud joonisel on näiteks kujutatud nelja solitoni loomist, mis tekivad siis, kui valgus, mille orbiidi nurkimpulss on kaks, interakteerub BEC-ga.
Avastus esitleb lihtsat uut tehnikat eksootilise aine keerukateks vormideks kujundamiseks ja BEC-aatomite transpordi hoolikaks kontrollimiseks. Henderson ja tema kolleegid teevad nüüd ettepaneku, et efekti saaks rakendada uudsetes kvanttehnoloogiates: sealhulgas ülitundlikes detektorites ja vooluahelates, mis kasutavad voolude edastamiseks neutraalseid aatomeid.
Uuringut kirjeldatakse artiklis Physical Review Letters.
