באמצעות קרן לייזר, הקיטוב של האטומים אפשרי כך שהם יכולים להיות טעונים חיובית מצד אחד ולטעון שלילי מצד שני. כתוצאה מכך, הם נמשכים זה לזה, ויוצרים מצב קשר ייחודי שהוא חלש משמעותית מהקשר בין שני אטומים במולקולה ספציפית אך עדיין ניתן לכימות. קרן הלייזר, שניתן לחשוב עליה כעל "מולקולה" של אור וחומר, מעניקה באופן מסוים לאטומים המקוטבים את הכוח למשוך זה את זה.
תופעה זו צפויה זמן רב תיאורטית, אך חוקרים ב- אוניברסיטת אינסברוק ומרכז וינה למדע וטכנולוגיה קוונטית (VCQ) ב אוניברסיטת טכנולוגיה בוינה השיגו כעת את המדידה הראשונה של הקשר האטומי יוצא הדופן הזה. הם יצרו מצב חיבור מיוחד מאוד בין אטומים במעבדה לראשונה. אינטראקציה זו יכולה לשמש כדי לתפעל אטומים קרים מאוד ועשויה גם להשפיע על האופן שבו מולקולות נוצרות בחלל.
פרופ' פיליפ האסלינגר, שמחקרו ב-Atominstitut ב-TU Wien נתמך על ידי תוכנית FWF START, אמר: "באטום נייטרלי חשמלית, גרעין אטום בעל מטען חיובי מוקף באלקטרונים בעלי מטען שלילי, המקיפים את גרעין האטום בדומה לענן. אם אתה מדליק כעת שדה חשמלי חיצוני, חלוקת המטען הזו משתנה מעט."
"המטען החיובי מוסט מעט לכיוון אחד, המטען השלילי מעט לכיוון השני, לאטום יש פתאום צד חיובי ושלילי, מקוטב."
יצירת אפקט קיטוב עם אור לייזר אפשרי מכיוון שאור הוא רק שדה אלקרומגנטי שמשתנה במהירות. האור מקטב את כל האטומים (כאשר מונחים זה ליד זה) באותו אופן- חיובי משמאל ושלילי מימין, או להיפך. בשני המקרים, שני אטומים שכנים מפנים מטענים שונים אחד כלפי השני, ויוצרים כוח ביניהם.
מירה מאיווגר מ-TU Wien, המחברת הראשונה של הפרסום, אמרה, "זהו כוח משיכה חלש מאוד, אז אתה צריך להתנסות בזהירות רבה כדי להיות מסוגל למדוד אותו. אם לאטומים יש הרבה אנרגיה והם נעים במהירות, כוח המשיכה נעלם מיד. זו הסיבה שענן של אטומים קרים במיוחד שימש."
מירה מאיווגר מ-TU Wien, המחברת הראשונה של הפרסום, אמרה, "זהו כוח משיכה חלש מאוד, אז אתה צריך להתנסות בזהירות רבה כדי להיות מסוגל למדוד אותו. אם לאטומים יש הרבה אנרגיה והם נעים במהירות, כוח המשיכה נעלם מיד. זו הסיבה שענן של אטומים קרים במיוחד שימש."
מדענים השתמשו בטכניקה שבה תחילה לכדו ולאחר מכן קיררו את האטומים במלכודת מגנטית על שבב אטום. לאחר מכן האטומים משתחררים בנפילה חופשית לאחר כיבוי המלכודת. למרות היותו "אולטראקר" - עם טמפרטורה של פחות ממיליונית קלווין - לענן האטום יש מספיק אנרגיה כדי לגדול במהלך הסתיו. עם זאת, צמיחת ענן אטומי זה מואט אם האטומים מקוטבים בקרן לייזר במהלך שלב זה, ויוצר כוח משיכה ביניהם. כך נמדד כוח המשיכה.
מתיאס זונלייטנר, שהניח את הבסיס התיאורטי לניסוי, אמר: "קיטוב של אטומים בודדים באמצעות קרני לייזר אינו דבר חדש. עם זאת, הדבר המכריע בניסוי שלנו הוא שהצלחנו לראשונה כמה אטומים מקטבים יחד בצורה מבוקרת, ויוצרים ביניהם כוח מושך מדיד".
פיליפ הסלינגר אמר, "כוח משיכה זה הוא כלי משלים לשליטה באטומים קרים. אבל זה יכול להיות חשוב גם באסטרופיזיקה: במרחב העצום של החלל, כוחות קטנים יכולים לשחק תפקיד משמעותי. כאן הצלחנו להראות לראשונה שקרינה אלקטרומגנטית יכולה ליצור כוח בין אטומים, שעשוי לעזור לשפוך אור חדש על תרחישים אסטרופיזיים שטרם הוסברו".
עיון ביומן:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner et al. תצפית על כוחות דיפול-דיפול המושרים על ידי אור בגזים אטומיים קרים במיוחד. פיז. הכומר X 12, 031018 – פורסם ב-27 ביולי 2022. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018
