חוקרים בבריטניה ערכו חישובים המראים כיצד ניתן להשתמש ב"אור מעוות" כדי לתמרן את האטומים הקרים במיוחד במצב אקזוטי של חומר הנקרא קונדנסט Bose-Einstein (BEC). באמצעות מודלים תיאורטיים, גרנט הנדרסון ועמיתים מאוניברסיטת Strathclyde בבריטניה גילו שניתן ליצור סוליטון אור-חומר באמצעות האינטראקציה בין חזיתות גל בצורת חולץ פקקים של אור ו-BECs.
BECs הם מצב אקזוטי של חומר, שבו גז של אטומים זהים מקורר קרוב לאפס המוחלט. זה דוחף חלק גדול מהאטומים למצב הקוונטי הנמוך ביותר, וכאשר זה מתרחש, הפיזיקה של הגז מוגדרת על ידי פונקציית גל מקרוסקופית.
תכונה מעניינת במיוחד של BECs היא סוליטונים, שהם חבילות גל ששומרות על צורותיהן תוך כדי נסיעה. סוליטונים נמצאים גם במגוון רחב של תחומים, כולל הידרודינמיקה, חומרים פרו-אלקטריים ומוליכי-על.
סוליטון אופטי מרחבי מתרחש כאשר עקיפה של האור במדיום מאוזנת בקפידה על ידי מיקוד עצמי. מיקוד עצמי הוא אפקט לא ליניארי הכולל את האור עצמו משנה את המאפיינים האופטיים של המדיום.
דיפולים מתפתלים
במחקר שלהם, הצוות של הנדרסון חקר תרחיש מורכב יותר. במקום קרן לייזר קונבנציונלית עם התפלגות עוצמה גאוסית, הם שקלו אור "מעוות". זהו אור עם חזית גל שמתפתלת סביב ציר הנסיעה שלו כמו חולץ פקקים. אלומות אלו נושאות תנע זוויתי מסלולי, מה שאומר שהן יכולות לסובב דיפולים חשמליים בקנה מידה אטומי שהם נתקלים בהם בתווך.
הצוות חישב מה יקרה כאשר אלומת אור מעוותת תיצור אינטראקציה עם האטומים של BEC שנע באותו כיוון של האור. הם חוזים כי אפקט המיקוד העצמי יגרום לאור המעוות להתפצל לסולוטונים. מכיוון שהאטומים של BEC נמשכים לאור בעוצמה גבוהה, האטומים "ילכדו" על ידי הסוליטונים האופטיים. התוצאה היא יצירה של חבילות גל מצמדות של אור-אטום.
מזלגות קלים לכיוון אחד בקונדנסט של Bose–Einstein
האטומים בחבילות הללו מתפתלים כשהם מתפשטים, והצוות מצא שמספר החבילות שנוצרו שווה לכפול מהתנופה הזוויתית המסלולית של האור המעוות. האיור שלמעלה, למשל, מראה את היצירה של ארבעת הסוליטונים שיתרחשו כאשר אור עם תנע זוויתי מסלולי של שניים מקיים אינטראקציה עם BEC.
התגלית מציגה טכניקה חדשה ופשוטה לפיסול חומר אקזוטי לצורות מורכבות, ובקרה קפדנית על ההובלה של אטומי BEC. הנדרסון ועמיתיו מציעים כעת שניתן לרתום את ההשפעה בטכנולוגיות קוונטיות חדשות: כולל גלאים רגישים במיוחד, ומעגלים המשתמשים באטומים ניטרליים להעברת זרמים.
המחקר מתואר ב מכתבי סקירה פיזית.
