A lézersugár révén lehetséges az atomok polarizációja, hogy az egyik oldalon pozitív, a másik oldalon negatív töltésűek legyenek. Ennek eredményeképpen egymáshoz vonzódnak, egyedi kötési állapotot hozva létre, amely lényegesen gyengébb, mint egy adott molekula két atomja közötti kapcsolat, de mégis számszerűsíthető. A lézersugár, amely a fény és az anyag „molekulájának” tekinthető, bizonyos módon a polarizált atomoknak azt az erőt ad, hogy vonzzák egymást.
Ezt a jelenséget elméletileg már régóta várták, de a kutatók a Innsbrucki Egyetem és a Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) címen Vienna University of Technology most végezték el ennek a szokatlan atomi kapcsolatnak az első mérését. A laboratóriumban először hoztak létre egy egészen különleges kötési állapotot az atomok között. Ez a kölcsönhatás nagyon hideg atomok manipulálására használható, és befolyásolhatja a molekulák térbeli kialakulását is.
Prof. Philipp Haslinger, akinek a TU Wien Atominstitut-jában végzett kutatásait az FWF START program támogatja, elmondta: „Egy elektromosan semleges atomban a pozitív töltésű atommagot negatív töltésű elektronok veszik körül, amelyek felhőként veszik körül az atommagot. Ha most bekapcsolunk egy külső elektromos mezőt, ez a töltéseloszlás egy kicsit eltolódik.”
"A pozitív töltés kissé eltolódik az egyik irányba, a negatív töltés kissé a másik irányba, az atomnak hirtelen van egy pozitív és egy negatív oldala, polarizálva."
Lézerfénnyel polarizációs hatást lehet létrehozni, mivel a fény csak egy elektromágneses mező ami gyorsan változik. A fény ugyanúgy polarizálja az összes atomot (ha egymás mellé helyezzük) - pozitív a bal oldalon és negatív a jobb oldalon, vagy fordítva. Mindkét esetben két szomszédos atom különböző töltéseket fordít egymás felé, és erőt hoz létre közöttük.
Mira Maiwöger, a TU Wientől, a kiadvány első szerzője elmondta: „Ez egy nagyon gyenge vonzóerő, ezért nagyon óvatosan kell kísérletezni, hogy meg tudja mérni. Ha az atomoknak sok energiájuk van, és gyorsan mozognak, a vonzó erő azonnal eltűnik. Ezért használták az ultrahideg atomok felhőjét."
Mira Maiwöger, a TU Wientől, a kiadvány első szerzője elmondta: „Ez egy nagyon gyenge vonzóerő, ezért nagyon óvatosan kell kísérletezni, hogy meg tudja mérni. Ha az atomoknak sok energiájuk van, és gyorsan mozognak, a vonzó erő azonnal eltűnik. Ezért használták az ultrahideg atomok felhőjét."
A tudósok olyan technikát alkalmaztak, amelyben először befogták, majd lehűtötték az atomokat egy atomchip mágneses csapdájában. Az atomok ezután szabadesésben szabadulnak fel a csapda kikapcsolása után. Annak ellenére, hogy „ultrahideg” – a hőmérséklet kevesebb, mint egymilliomod Kelvin –, az atomfelhőnek elegendő energiája van a növekedéshez az ősz folyamán. Ez az atomfelhő növekedése azonban lelassul, ha az atomokat ebben a fázisban lézersugárral polarizálják, vonzó erőt hozva létre közöttük. Így mérik a vonzóerőt.
Matthias Sonnleitner, aki lefektette a kísérlet elméleti alapjait, elmondta: „Az egyes atomok lézersugarakkal történő polarizálása nem újdonság. Kísérletünkben azonban az a döntő, hogy először sikerült több atomot ellenőrzött módon együtt polarizálnunk, mérhető, vonzó erőt létrehozni közöttük.”
Philipp Haslinger mondott, „Ez a vonzó erő a hideg atomok szabályozásának kiegészítő eszköze. De az asztrofizikában is fontos lehet: az űr hatalmasságában a kis erők jelentős szerepet játszhatnak. Itt tudtuk először megmutatni, hogy az elektromágneses sugárzás erőt generálhat az atomok között, ami segíthet új megvilágításba helyezni a még meg nem magyarázott asztrofizikai forgatókönyveket.
Journal Reference:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner et al. Fény által indukált dipólus-dipólus erők megfigyelése ultrahideg atomgázokban. Phys. Rev. X 12, 031018 – Közzétéve: 27. július 2022. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018
