Para peneliti di Inggris telah melakukan perhitungan yang menunjukkan bagaimana "cahaya bengkok" dapat digunakan untuk memanipulasi atom ultra-dingin dalam keadaan materi eksotis yang disebut kondensat Bose–Einstein (BEC). Dengan menggunakan model teoritis, Berikan Henderson dan rekan-rekannya di Universitas Strathclyde Inggris menemukan bahwa soliton materi cahaya dapat dihasilkan melalui interaksi antara muka gelombang cahaya berbentuk pembuka botol dan BEC.
BEC adalah keadaan materi yang eksotis, di mana gas atom identik didinginkan mendekati nol mutlak. Ini mendorong sebagian besar atom ke keadaan kuantum terendah, dan ketika ini terjadi fisika gas didefinisikan oleh fungsi gelombang makroskopik.
Salah satu fitur yang sangat menarik dari BEC adalah soliton, yaitu paket gelombang yang mempertahankan bentuknya saat bergerak. Soliton juga ditemukan di berbagai bidang, termasuk hidrodinamika, bahan feroelektrik, dan superkonduktor.
Soliton optik spasial terjadi ketika difraksi cahaya dalam media secara hati-hati diseimbangkan dengan pemfokusan diri. Pemfokusan diri adalah efek non-linier yang melibatkan cahaya itu sendiri yang mengubah sifat optik medium.
Memutar dipol
Dalam studi mereka, tim Henderson mengeksplorasi skenario yang lebih kompleks. Alih-alih sinar laser konvensional dengan distribusi intensitas Gaussian, mereka menganggap cahaya "memutar". Ini ringan dengan muka gelombang yang berputar di sekitar sumbu perjalanannya seperti pembuka botol. Balok-balok ini membawa momentum sudut orbital, yang berarti bahwa mereka dapat memutar dipol listrik skala atom yang mereka temui dalam suatu medium.
Tim menghitung apa yang akan terjadi ketika seberkas cahaya bengkok berinteraksi dengan atom-atom BEC yang bergerak ke arah yang sama dengan cahaya. Mereka memperkirakan bahwa efek pemfokusan diri akan menyebabkan cahaya yang terpelintir terpecah menjadi soliton. Karena atom BEC tertarik pada cahaya berintensitas tinggi, atom akan "ditangkap" oleh soliton optik. Hasilnya adalah pembuatan paket gelombang atom cahaya yang digabungkan.
Cahaya bercabang satu arah dalam kondensat Bose–Einstein
Atom-atom dalam paket ini berputar saat merambat, dan tim menemukan bahwa jumlah paket yang dibuat sama dengan dua kali momentum sudut orbital dari cahaya bengkok. Gambar di atas, misalnya, menunjukkan penciptaan empat soliton yang akan terjadi ketika cahaya dengan momentum sudut orbital dua berinteraksi dengan BEC.
Penemuan ini menyajikan teknik baru yang sederhana untuk memahat materi eksotis menjadi bentuk yang kompleks, dan dengan hati-hati mengontrol pengangkutan atom BEC. Henderson dan rekan sekarang mengusulkan bahwa efeknya dapat dimanfaatkan dalam teknologi kuantum baru: termasuk detektor ultra-sensitif, dan sirkuit yang menggunakan atom netral untuk menyampaikan arus.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Physical Review Letters.
