نور پیچ خورده می تواند سالیتون ها را در میعانات بوز-اینشتین ایجاد کند

محققان در بریتانیا محاسباتی را انجام داده‌اند که نشان می‌دهد چگونه می‌توان از «نور پیچ‌خورده» برای دستکاری اتم‌های فوق‌سرد در حالت عجیب و غریب ماده به نام میعانات بوز-اینشتین (BEC) استفاده کرد. با استفاده از مدل های نظری گرانت هندرسون و همکارانش در دانشگاه Strathclyde انگلستان کشف کردند که سالیتون‌های ماده سبک می‌توانند از طریق تعامل بین جبهه‌های موج چوب پنبه‌شکل نور و BEC تولید شوند.

BEC ها حالتی عجیب از ماده هستند که در آن گازی از اتم های یکسان نزدیک به صفر مطلق سرد می شود. این بخش بزرگی از اتم‌ها را به پایین‌ترین حالت کوانتومی سوق می‌دهد، و وقتی این اتفاق می‌افتد، فیزیک گاز توسط یک تابع موج ماکروسکوپی تعریف می‌شود.

یکی از ویژگی های جالب توجه BEC ها سالیتون ها هستند که بسته های موجی هستند که شکل خود را در حین حرکت حفظ می کنند. سالیتون ها همچنین در طیف وسیعی از میدان ها از جمله هیدرودینامیک، مواد فروالکتریک و ابررساناها یافت می شوند.

یک سالیتون نوری فضایی زمانی اتفاق می‌افتد که پراش نور در یک محیط با تمرکز بر خود به دقت متعادل شود. تمرکز بر خود یک اثر غیر خطی است که شامل تغییر خود نور خواص نوری محیط است.

دوقطبی های پیچ خورده

تیم هندرسون در مطالعه خود سناریوی پیچیده تری را بررسی کردند. آنها به جای یک پرتو لیزر معمولی با توزیع شدت گاوسی، نور "پیچ خورده" را در نظر گرفتند. این نور با یک جبهه موج است که مانند یک پیچ در اطراف محور حرکت خود می پیچد. این پرتوها حرکت زاویه ای مداری را حمل می کنند، به این معنی که می توانند دوقطبی های الکتریکی در مقیاس اتمی را که در یک محیط با آنها مواجه می شوند بچرخانند.

این تیم محاسبه کردند که وقتی پرتوی از نور پیچ خورده با اتم های یک BEC که در همان جهت نور حرکت می کند، برهم کنش می کند، چه اتفاقی می افتد. آن‌ها پیش‌بینی می‌کنند که اثر تمرکز بر خود باعث می‌شود نور پیچ خورده به سالیتون‌ها تقسیم شود. از آنجایی که اتم های BEC به سمت نور با شدت بالا جذب می شوند، اتم ها توسط سالیتون های نوری "گرفتار" می شوند. نتیجه ایجاد بسته های موج نور-اتم جفت شده است.

اتم‌های این بسته‌ها در حین انتشار می‌پیچند و گروه دریافتند که تعداد بسته‌های ایجاد شده برابر با دو برابر تکانه زاویه‌ای مداری نور پیچ‌خورده است. شکل بالا، برای مثال، ایجاد چهار سالیتون را نشان می‌دهد که وقتی نور با تکانه زاویه‌ای مداری دو با BEC برهم‌کنش می‌کند، رخ می‌دهد.

این کشف یک تکنیک ساده جدید برای مجسمه سازی مواد عجیب و غریب به اشکال پیچیده و کنترل دقیق انتقال اتم های BEC ارائه می دهد. هندرسون و همکارانش اکنون پیشنهاد می کنند که این اثر را می توان در فناوری های کوانتومی جدید مهار کرد: از جمله آشکارسازهای فوق حساس و مدارهایی که از اتم های خنثی برای انتقال جریان استفاده می کنند.

تحقیق در شرح داده شده است Physical Review Letters به.