英国の研究者は、「ねじれた光」を使用して、ボース・アインシュタイン凝縮 (BEC) と呼ばれるエキゾチックな物質状態の超低温原子を操作できることを示す計算を行いました。 理論モデルを使用して、 グラント・ヘンダーソン 英国のストラスクライド大学の研究者らは、コルクスクリュー型の光の波面と BEC との間の相互作用によって、光物質ソリトンが生成される可能性があることを発見しました。
BEC は物質のエキゾチックな状態であり、同じ原子のガスが絶対零度近くまで冷却されます。 これにより、原子の大部分が最低の量子状態に追いやられ、これが発生すると、ガスの物理は巨視的な波動関数によって定義されます。
BEC の特に興味深い特徴の XNUMX つはソリトンです。ソリトンは、移動中に形状を維持する波のパケットです。 ソリトンは、流体力学、強誘電体材料、超伝導体など、幅広い分野でも見られます。
空間光ソリトンは、媒質内の光の回折が自己集束によって慎重にバランスを取るときに発生します。 セルフフォーカスは、光自体が媒体の光学特性を変化させる非線形効果です。
ツイスト双極子
彼らの研究では、ヘンダーソンのチームはより複雑なシナリオを調査しました。 ガウス強度分布を持つ従来のレーザービームの代わりに、彼らは「ねじれた」光を考えました。 これは、コルク栓抜きのように移動軸の周りで波面がねじれる光です。 これらのビームは軌道角運動量を運ぶため、媒体内で遭遇する原子スケールの電気双極子を回転させることができます。
チームは、ねじれた光のビームが、光と同じ方向に移動している BEC の原子と相互作用するとどうなるかを計算しました。 彼らは、自己集束効果により、ねじれた光がソリトンに断片化されると予測しています。 BEC の原子は高強度の光に引き付けられるため、原子は光ソリトンによって「捕捉」されます。 その結果、結合された光と原子の波のパケットが作成されます。
ボーズ・アインシュタイン凝縮体で光が一方向に分岐する
これらのパケット内の原子は、伝播するにつれてねじれ、チームは、作成されるパケットの数が、ねじれた光の軌道角運動量の XNUMX 倍に等しいことを発見しました。 たとえば、上の図は、軌道角運動量が XNUMX の光が BEC と相互作用するときに発生する XNUMX つのソリトンの生成を示しています。
この発見は、エキゾチックな物質を複雑な形状に彫刻し、BEC 原子の輸送を慎重に制御するための単純な新しい技術を提示します。 ヘンダーソンと同僚は現在、超高感度検出器や中性原子を使用して電流を伝える回路など、新しい量子技術でこの効果を利用できることを提案しています。
研究はで説明されています Physical Review Lettersに.
