از طریق یک پرتو لیزر، قطبش اتم ها امکان پذیر است به طوری که آنها می توانند از یک طرف دارای بار مثبت و از طرف دیگر دارای بار منفی شوند. در نتیجه، آنها به سمت یکدیگر کشیده می شوند و یک حالت پیوند منحصر به فرد ایجاد می کنند که به طور قابل توجهی ضعیف تر از پیوند بین دو اتم در یک مولکول خاص است، اما در عین حال قابل اندازه گیری است. پرتو لیزر، که می‌توان آن را «مولکول» نور و ماده در نظر گرفت، به نوعی به اتم‌های قطبی شده قدرت جذب یکدیگر را می‌دهد.
این پدیده مدتهاست که از نظر تئوری پیش بینی شده است، اما محققان در دانشگاه ایسبرک و مرکز علوم و فناوری کوانتومی وین (VCQ) در TU وین اکنون به اولین اندازه گیری این اتصال اتمی غیرعادی دست یافته اند. آنها برای اولین بار یک حالت پیوند بسیار ویژه بین اتم ها در آزمایشگاه ایجاد کردند. این تعامل می تواند برای دستکاری اتم های بسیار سرد استفاده شود و همچنین ممکن است بر نحوه شکل گیری مولکول ها در فضا تأثیر بگذارد.
پروفسور فیلیپ هاسلینگر، که تحقیقاتش در Atominstitut در TU Wien توسط برنامه FWF START پشتیبانی می شود، گفت: در یک اتم خنثی الکتریکی، یک هسته اتمی با بار مثبت توسط الکترون هایی با بار منفی احاطه شده است که هسته اتم را بسیار شبیه ابر احاطه کرده اند. اگر اکنون یک میدان الکتریکی خارجی را روشن کنید، این توزیع بار کمی تغییر می کند.
بار مثبت اندکی در یک جهت جابجا می شود، بار منفی کمی در جهت دیگر جابه جا می شود، اتم ناگهان یک طرف مثبت و یک طرف منفی پیدا می کند و قطبی می شود.
ایجاد یک افکت پلاریزاسیون با نور لیزر امکان پذیر است زیرا نور فقط یک نور است میدان الکترومغناطیسی که به سرعت تغییر می کند نور تمام اتم ها را (در صورت قرار گرفتن در کنار یکدیگر) به یک شکل قطبی می کند - مثبت در سمت چپ و منفی در سمت راست یا بالعکس. در هر دو مورد، دو اتم همسایه بارهای مختلفی را به سمت یکدیگر می چرخانند و بین آنها نیرو ایجاد می کنند.
میرا مایوگر از TU Wien، اولین نویسنده این نشریه، گفت: این یک نیروی جذاب بسیار ضعیف است، بنابراین شما باید با دقت آزمایش کنید تا بتوانید آن را اندازه گیری کنید. اگر اتم ها انرژی زیادی داشته باشند و به سرعت حرکت کنند، نیروی جاذبه فوراً از بین می رود. به همین دلیل از ابری از اتم های فوق سرد استفاده شد.
میرا مایوگر از TU Wien، اولین نویسنده این نشریه، گفت: این یک نیروی جذاب بسیار ضعیف است، بنابراین شما باید با دقت آزمایش کنید تا بتوانید آن را اندازه گیری کنید. اگر اتم ها انرژی زیادی داشته باشند و به سرعت حرکت کنند، نیروی جاذبه فوراً از بین می رود. به همین دلیل از ابری از اتم های فوق سرد استفاده شد.
دانشمندان از تکنیکی استفاده کردند که در آن ابتدا اتم ها را در یک تله مغناطیسی روی یک تراشه اتمی سرد کردند. سپس اتم ها پس از خاموش کردن تله در سقوط آزاد آزاد می شوند. ابر اتمی علیرغم اینکه "فوق سرد" است - با دمای کمتر از یک میلیونم کلوین - انرژی کافی برای رشد در طول پاییز دارد. با این حال، اگر اتم ها در این مرحله با پرتو لیزر قطبی شوند، این رشد ابر اتمی کند می شود و نیروی جذابی بین آنها ایجاد می شود. به این ترتیب نیروی جاذبه اندازه گیری می شود.
ماتیاس سونلایتنر، که شالوده نظری این آزمایش را بنا نهاد، گفت: قطبی کردن اتم های منفرد با پرتوهای لیزر چیز جدیدی نیست. با این حال، نکته مهم در مورد آزمایش ما این است که ما برای اولین بار موفق شده ایم چندین اتم قطبی شونده را با هم به روشی کنترل شده ایجاد کنیم و یک نیروی قابل اندازه گیری و جذاب بین آنها ایجاد کنیم.
فیلیپ هالینگر گفت:, این نیروی جاذبه ابزاری مکمل برای کنترل اتم های سرد است. اما می تواند در اخترفیزیک نیز مهم باشد: در وسعت فضا، نیروهای کوچک می توانند نقش مهمی ایفا کنند. در اینجا، ما توانستیم برای اولین بار نشان دهیم که تابش الکترومغناطیسی می تواند نیرویی بین اتم ها ایجاد کند، که ممکن است به روشن کردن سناریوهای اخترفیزیکی که هنوز توضیح داده نشده اند کمک کند.
مرجع مجله:
- میرا مایوگر، ماتیاس سونلایتنر و همکاران. مشاهده نیروهای دوقطبی-دوقطبی القای نور در گازهای اتمی فوق سرد. فیزیک کشیش X 12, 031018 – منتشر شده در 27 جولای 2022. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018
