Iso-Britannian tutkijat ovat tehneet laskelmia, jotka osoittavat, kuinka "kierrettyä valoa" voidaan käyttää ultrakylmien atomien manipuloimiseen eksoottisessa aineen tilassa, jota kutsutaan Bose-Einstein-kondensaatiksi (BEC). Käyttämällä teoreettisia malleja, Grant Henderson ja kollegat Ison-Britannian Strathclyden yliopistosta havaitsivat, että valo-aineen solitoneja voitiin syntyä korkkiruuvin muotoisten valon aaltorintojen ja BEC:ien välisen vuorovaikutuksen kautta.
BEC:t ovat eksoottinen aineen tila, jossa identtisten atomien kaasu jäähtyy lähelle absoluuttista nollaa. Tämä ajaa suuren osan atomeista alimpaan kvanttitilaan, ja kun tämä tapahtuu, kaasun fysiikka määritellään makroskooppisella aaltofunktiolla.
Yksi erityisen mielenkiintoinen BEC:ien ominaisuus ovat solitonit, jotka ovat aaltopaketteja, jotka säilyttävät muotonsa kulkeessaan. Solitoneja löytyy myös monilta aloilta, mukaan lukien hydrodynamiikka, ferrosähköiset materiaalit ja suprajohteet.
Spatiaalinen optinen solitoni syntyy, kun valon diffraktio väliaineessa tasapainotetaan huolellisesti itsetarkennuksella. Itsetarkennus on epälineaarinen efekti, jossa valo itse muuttaa väliaineen optisia ominaisuuksia.
Kiertyvät dipolit
Hendersonin tiimi tutki tutkimuksessaan monimutkaisempaa skenaariota. Perinteisen lasersäteen sijaan, jossa oli Gaussin intensiteettijakauma, he pitivät "kierrettyä" valoa. Tämä on kevyt aaltorintamalla, joka kiertyy kulkuakselinsa ympäri kuin korkkiruuvi. Nämä säteet kantavat kiertoradan kulmamomenttia, mikä tarkoittaa, että ne voivat pyörittää atomimittakaavaisia sähködipoleja, joita he kohtaavat väliaineessa.
Ryhmä laski, mitä tapahtuisi, kun kierretty valonsäde on vuorovaikutuksessa BEC:n atomien kanssa, joka liikkuu samaan suuntaan kuin valo. He ennustavat, että itsefokusoiva vaikutus saisi kiertyneen valon hajoamaan solitoniksi. Koska BEC:n atomit houkuttelevat korkean intensiteetin valoa, optiset solitonit "vangisivat" atomit. Tuloksena on kytkettyjen valo-atomi-aaltopakettien luominen.
Valo haarautuu yhteen suuntaan Bose–Einstein-kondensaatissa
Näiden pakettien atomit kiertyvät eteneessään, ja ryhmä havaitsi, että luotujen pakettien määrä on yhtä suuri kuin kaksi kertaa kiertyneen valon kiertoradan kulmamomentti. Yllä oleva kuva esimerkiksi esittää neljän solitonin luomisen, jotka tapahtuisivat, kun valo, jonka kiertoliikkeen kulmamomentti on kaksi, on vuorovaikutuksessa BEC:n kanssa.
Löytö esittelee yksinkertaisen uuden tekniikan eksoottisen aineen muodostamiseksi monimutkaisiin muotoihin ja BEC-atomien kuljetuksen huolelliseen hallitsemiseen. Henderson ja kollegat ehdottavat nyt, että vaikutus voitaisiin hyödyntää uusissa kvanttiteknologioissa: mukaan lukien erittäin herkät ilmaisimet ja piirit, jotka käyttävät neutraaleja atomeja virtojen välittämiseen.
Tutkimusta kuvataan Fyysisen tarkastelun kirjaimet.
