Az Egyesült Királyság kutatói számításokat végeztek, amelyek megmutatják, hogyan lehet a „csavart fényt” felhasználni az ultrahideg atomok manipulálására egy egzotikus anyagállapotban, amelyet Bose–Einstein kondenzátumnak (BEC) neveznek. Elméleti modelleket használva, Grant Henderson és munkatársai az Egyesült Királyság Strathclyde-i Egyetemén felfedezték, hogy fényanyag-szolitonok keletkezhetnek a fény dugóhúzó alakú hullámfrontjai és a BEC-ek kölcsönhatása révén.
A BEC-k az anyag egzotikus állapota, amelyben az azonos atomokból álló gáz az abszolút nulla közelébe hűl. Ez az atomok nagy részét a legalacsonyabb kvantumállapotba hajtja, és amikor ez megtörténik, a gáz fizikáját egy makroszkopikus hullámfüggvény határozza meg.
A BEC-ek egyik különösen érdekes tulajdonsága a szolitonok, amelyek hullámcsomagok, amelyek utazásuk során megtartják alakjukat. A szolitonok számos területen megtalálhatók, beleértve a hidrodinamikát, a ferroelektromos anyagokat és a szupravezetőket.
A térbeli optikai szoliton akkor jön létre, ha a fény diffrakcióját egy közegben önfókuszálással gondosan kiegyenlítik. Az önfókuszálás egy nemlineáris hatás, amely magában foglalja a fény maga megváltoztatja a közeg optikai tulajdonságait.
Csavaró dipólusok
Tanulmányukban Henderson csapata egy bonyolultabb forgatókönyvet vizsgált meg. A hagyományos, Gauss-féle intenzitáseloszlású lézersugár helyett a „csavart” fényt tekintették. Ez könnyű hullámfronttal, amely dugóhúzóként csavarodik a mozgási tengelye körül. Ezek a nyalábok orbitális szögmomentumot hordoznak, ami azt jelenti, hogy el tudják forgatni az atomméretű elektromos dipólusokat, amelyekkel egy közegben találkoznak.
A csapat kiszámította, mi történik, ha egy csavart fénysugár kölcsönhatásba lép a fénnyel azonos irányban mozgó BEC atomjaival. Azt jósolják, hogy az önfókuszáló hatás hatására a csavart fény szolitonokra töredezne. Mivel a BEC atomjai vonzódnak a nagy intenzitású fényhez, az atomokat „befogják” az optikai szolitonok. Az eredmény összekapcsolt fény-atom hullámcsomagok létrehozása.
A fény egy irányban elágazódik a Bose–Einstein kondenzátumban
Az ezekben a csomagokban lévő atomok elcsavarodnak terjedésük során, és a csapat megállapította, hogy a létrehozott csomagok száma megegyezik a csavart fény keringési szögimpulzusának kétszeresével. A fenti ábra például a négy szoliton létrejöttét mutatja be, amelyek akkor fordulnak elő, amikor a két szögimpulzusú fény kölcsönhatásba lép a BEC-vel.
A felfedezés egy egyszerű új technikát mutat be az egzotikus anyagok bonyolult formákká alakítására, és a BEC-atomok szállításának gondos ellenőrzésére. Henderson és munkatársai most azt javasolják, hogy a hatást új kvantumtechnológiákban hasznosítsák: beleértve az ultra-érzékeny detektorokat és az áramkörök továbbítására semleges atomokat használó áramköröket.
A kutatás leírása a Fizikai áttekintés betűk.
