نانوذرات معلق شده توسط نور، برهمکنش های غیر متقابلی را نشان می دهند

هنگامی که دو ذره در کانون پرتو لیزر معلق می شوند، نور بین آنها به عقب و جلو منعکس می شود و امواج ایستاده را تشکیل می دهد. برهمکنش با این امواج ایستاده باعث می‌شود که ذرات در پدیده‌ای به نام اتصال نوری به خود تراز شوند. اکنون، برای اولین بار، محققان دانشگاه وین، آکادمی علوم اتریش و دانشگاه دویسبورگ-اسن، آلمان موفق به کنترل کامل این اتصال بین دو نانوذره نوری معلق در پرتوهای لیزری موازی شده‌اند. این دستاورد بستر جدیدی را برای کاوش دینامیک کوانتومی جمعی با دو یا چند ذره فراهم می کند.

در این کار، محققان نشان دادند که با تنظیم خواص پرتو لیزر، نه تنها می‌توانند قدرت برهمکنش بین ذرات را کنترل کنند، بلکه می‌توانند جذاب، دافعه یا حتی غیر متقابل بودن این تعامل را نیز کنترل کنند. عضو تیم توضیح می دهد: "غیر متقابل به این معنی است که یک ذره ذره دیگری را هل می دهد اما دیگری به عقب رانده نمی شود." بنجامین استیکلر از دانشگاه دویزبورگ-اسن. اگرچه این رفتار به ظاهر قانون سوم نیوتن را در سیستمی که کاملاً متقارن به نظر می‌رسد، نقض می‌کند، به این دلیل نیست که مقداری تکانه توسط میدان نوری منتقل می‌شود.»

پراکندگی منسجم

مطالعات قبلی در مورد ذرات محدود نوری این رفتار غیر متقابل را توصیف نکرده بود، اما گروه می‌گویند که این رفتار از پدیده‌ای به نام پراکندگی منسجم ناشی می‌شود. اساساً وقتی نور لیزر به نانوذره برخورد می کند، نانوذره قطبی می شود به طوری که نوسانات امواج الکترومغناطیسی نور را دنبال می کند.

عضو تیم توضیح می دهد: "در نتیجه، تمام نوری که از ذره پراکنده می شود در فاز لیزر ورودی نوسان می کند." اوروس دلیک از دانشگاه وین. نوری که از یک ذره پراکنده می شود می تواند با نوری که ذره دیگر را به دام می اندازد تداخل ایجاد کند. اگر بتوان فاز بین این میدان های نوری را تنظیم کرد، قدرت و ویژگی نیروهای بین ذرات نیز می تواند تنظیم شود.

برای نشان دادن این رفتار، اعضای تیم در وین دو موچین نوری موازی با یک مدولاتور نور فضایی، که یک نمایشگر کریستال مایع است که می تواند پرتو لیزر را شکافته یا شکل دهد، راه اندازی کردند. دلیک توضیح می‌دهد: «ذرات در ابتدا در نزدیکی یکدیگر به دام می‌افتند تا ببینند چگونه از طریق نوری که از آنها منعکس می‌شود – یعنی چگونه از نظر نوری به هم متصل می‌شوند، تعامل می‌کنند.» "راه انجام این کار این است که ببینیم فرکانس‌های نوسان آنها چگونه است: هر چه بیشتر تغییر کنند، تعامل قوی‌تر است."

به لطف محاسبات نظری همکارانشان در دویسبورگ، محققان دریافتند که این تعاملات می توانند برای یک محیط خاص غیر متقابل شوند. این یافته با مشاهدات در آزمایشگاه تأیید شد، جایی که معلوم شد برهمکنش بین ذرات پیچیده‌تر از حد انتظار است.

"یک ابزار کاملا جدید"

دلیک و استیکلر می‌گویند: «آزمایش ما ابزار کاملاً جدیدی را برای کنترل و کاوش برهم‌کنش‌های بین نانو اشیاء معلق فراهم می‌کند. دنیای فیزیک. سطح کنترل و عملکرد به دست آمده در رژیم کوانتومی راه های تحقیقاتی جالب بسیاری را باز می کند، به عنوان مثال مطالعه پدیده های پیچیده در سیستم های چند ذره ای.

محققان می گویند اکنون سعی خواهند کرد تکنیک خود را به گونه ای افزایش دهند که بتوان آن را به بسیاری از نانوذرات معلق گسترش داد. دلیک و استیکلر می‌گویند: «برهم‌کنش‌های قابل تنظیم به ما این امکان را می‌دهد تا ارتباطات بین ذرات را برنامه‌ریزی کنیم و چگونگی حرکت و شکل‌گیری الگوهای آن‌ها را بررسی کنیم.

مطالعه حاضر در منتشر شده است علم.