Lasersäteen avulla atomien polarisaatio on mahdollista niin, että ne voivat varautua positiivisesti toiselta puolelta ja negatiivisesti toiselta puolelta. Seurauksena on, että ne vetäytyvät toisiinsa luoden ainutlaatuisen sidostilan, joka on huomattavasti heikompi kuin linkki kahden atomin välillä tietyssä molekyylissä, mutta silti kvantifioitavissa. Lasersäde, jota voidaan pitää valon ja aineen "molekyylinä", antaa tavallaan polarisoituneille atomeille voiman vetää toisiaan puoleensa.
Tätä ilmiötä on odotettu teoreettisesti pitkään, mutta tutkijat Innsbruckin yliopisto ja Wienin kvanttitieteen ja teknologian keskus (VCQ) klo Wienin teknillinen yliopisto ovat nyt saavuttaneet tämän epätavallisen atomiyhteyden ensimmäisen mittauksen. He loivat laboratoriossa ensimmäistä kertaa aivan erityisen sidostilan atomien välille. Tätä vuorovaikutusta voidaan käyttää erittäin kylmien atomien manipulointiin, ja se voi myös vaikuttaa molekyylien muodostumiseen avaruudessa.
Professori Philipp Haslinger, jonka tutkimusta TU Wienin Atominstitutissa tukee FWF START -ohjelma, sanoi: "Sähköisesti neutraalissa atomissa positiivisesti varautunutta atomiydintä ympäröivät negatiivisesti varautuneet elektronit, jotka ympäröivät atomiydintä aivan kuten pilvi. Jos nyt kytket päälle ulkoisen sähkökentän, tämä varausjakauma muuttuu hieman."
"Positiivinen varaus siirtyy hieman yhteen suuntaan, negatiivinen varaus hieman toiseen suuntaan, atomilla on yhtäkkiä positiivinen ja negatiivinen puoli polarisoituneena."
Polarisaatiovaikutelman luominen laservalolla on mahdollista, koska valo on vain elektromagneettinen kenttä joka muuttuu nopeasti. Valo polarisoi kaikki atomit (kun ne ovat vierekkäin) samalla tavalla - positiivinen vasemmalla ja negatiivinen oikealla tai päinvastoin. Molemmissa tapauksissa kaksi vierekkäistä atomia kääntävät eri varauksia toisiaan kohti luoden voiman niiden välille.
Mira Maiwöger TU Wienistä, julkaisun ensimmäinen kirjoittaja, sanoi: ”Tämä on erittäin heikko vetovoima, joten sinun täytyy kokeilla erittäin huolellisesti, jotta voit mitata sen. Jos atomeilla on paljon energiaa ja ne liikkuvat nopeasti, vetovoima katoaa välittömästi. Tästä syystä käytettiin ultrakylmien atomien pilveä."
Mira Maiwöger TU Wienistä, julkaisun ensimmäinen kirjoittaja, sanoi: ”Tämä on erittäin heikko vetovoima, joten sinun täytyy kokeilla erittäin huolellisesti, jotta voit mitata sen. Jos atomeilla on paljon energiaa ja ne liikkuvat nopeasti, vetovoima katoaa välittömästi. Tästä syystä käytettiin ultrakylmien atomien pilveä."
Tutkijat käyttivät tekniikkaa, jossa he ensin vangisivat ja jäähdyttivät atomit atomisirun magneettiloukussa. Atomit vapautuvat sitten vapaassa pudotuksessa ansan sammuttamisen jälkeen. Huolimatta siitä, että atomipilvi on "ultrakylmä" – lämpötila on alle miljoonasosa Kelvinistä – atomipilvellä on tarpeeksi energiaa kasvaakseen syksyn aikana. Tämä atomipilven kasvu kuitenkin hidastuu, jos atomit polarisoidaan lasersäteellä tämän vaiheen aikana, mikä luo houkuttelevan voiman niiden välille. Näin vetovoima mitataan.
Kokeilun teoreettisen perustan luonut Matthias Sonnleitner sanoi: ”Yksittäisten atomien polarisointi lasersäteillä ei ole mitään uutta. Ratkaiseva asia kokeessamme on kuitenkin se, että olemme onnistuneet ensimmäistä kertaa polarisoimaan useita atomeja yhdessä hallitusti ja luomaan niiden välille mitattavan houkuttelevan voiman.
Philipp Haslinger sanoi, ”Tämä vetovoima on täydentävä työkalu kylmien atomien hallintaan. Mutta se voi olla tärkeä myös astrofysiikassa: avaruuden laajuudessa pienillä voimilla voi olla merkittävä rooli. Täällä pystyimme osoittamaan ensimmäistä kertaa, että sähkömagneettinen säteily voi synnyttää voiman atomien välille, mikä voi auttaa tuomaan uutta valoa astrofysikaalisiin skenaarioihin, joita ei ole vielä selitetty."
Lehden viite:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner ym. Valon aiheuttamien dipoli-dipolivoimien havainnointi ultrakylmissä atomikaasuissa. Phys. Ilm. X 12, 031018 – Julkaistu 27. heinäkuuta 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevX.12.031018
