Prin intermediul unui fascicul laser, polarizarea atomilor este posibilă, astfel încât aceștia să devină încărcați pozitiv pe o parte și încărcați negativ pe cealaltă. Drept urmare, sunt atrași unul de celălalt, creând o stare unică de legare care este semnificativ mai slabă decât legătura dintre doi atomi dintr-o moleculă specifică, dar totuși cuantificabilă. Raza laser, care poate fi considerată ca o „moleculă” de lumină și materie, oferă într-un fel atomilor polarizați puterea de a se atrage unii pe alții.
Acest fenomen a fost mult timp anticipat teoretic, dar cercetătorii de la Universitatea din Innsbruck și Centrul Viena pentru Știință și Tehnologie Cuantică (VCQ) la TU Viena au realizat acum prima măsurare a acestei conexiuni atomice neobișnuite. Au creat pentru prima dată o stare de legătură foarte specială între atomi în laborator. Această interacțiune poate fi folosită pentru a manipula atomi foarte reci și poate afecta, de asemenea, modul în care se formează moleculele în spațiu.
Prof. Philipp Haslinger, ale cărui cercetări de la Atominstitut din TU Wien sunt susținute de programul FWF START, a spus: „Într-un atom neutru din punct de vedere electric, un nucleu atomic încărcat pozitiv este înconjurat de electroni încărcați negativ, care înconjoară nucleul atomic la fel ca un nor. Dacă porniți acum un câmp electric extern, această distribuție a sarcinii se schimbă puțin.”
„Încărcătura pozitivă este ușor deplasată într-o direcție, sarcina negativă ușor în cealaltă direcție, atomul are brusc o parte pozitivă și una negativă, polarizate.”
Crearea unui efect de polarizare cu lumina laser este posibilă deoarece lumina este doar un câmp electromagnetic care se schimbă rapid. Lumina polarizează toți atomii (când sunt plasați unul lângă altul) în același mod - pozitiv în stânga și negativ în dreapta sau invers. În ambele cazuri, doi atomi vecini întorc sarcini diferite unul spre celălalt, creând o forță între ei.
Mira Maiwöger de la TU Wien, primul autor al publicației, a spus: „Aceasta este o forță de atracție foarte slabă, așa că trebuie să experimentați foarte atent pentru a o putea măsura. Dacă atomii au multă energie și se mișcă rapid, forța de atracție dispare imediat. Acesta este motivul pentru care a fost folosit un nor de atomi ultrareci.”
Mira Maiwöger de la TU Wien, primul autor al publicației, a spus: „Aceasta este o forță de atracție foarte slabă, așa că trebuie să experimentați foarte atent pentru a o putea măsura. Dacă atomii au multă energie și se mișcă rapid, forța de atracție dispare imediat. Acesta este motivul pentru care a fost folosit un nor de atomi ultrareci.”
Oamenii de știință au folosit o tehnică prin care mai întâi au capturat și apoi au răcit atomii într-o capcană magnetică pe un cip atomic. Atomii sunt apoi eliberați în cădere liberă după oprirea capcanei. În ciuda faptului că este „ultrarece” – cu o temperatură mai mică de o milioneme de Kelvin – norul atomic are suficientă energie pentru a crește în timpul toamnei. Cu toate acestea, această creștere a norului atomic este încetinită dacă atomii sunt polarizați cu un fascicul laser în timpul acestei faze, creând o forță atractivă între ei. Așa se măsoară forța de atracție.
Matthias Sonnleitner, care a pus bazele teoretice pentru experiment, a spus: „Polarizarea atomilor individuali cu fascicule laser nu este nimic nou. Totuși, lucrul crucial despre experimentul nostru este că am reușit pentru prima dată să polarizăm mai mulți atomi împreună într-un mod controlat, creând o forță măsurabilă și atractivă între ei.”
Philipp Haslinger a spus, „Această forță atractivă este un instrument complementar pentru controlul atomilor reci. Dar ar putea fi important și în astrofizică: în vastitatea spațiului, forțele mici pot juca un rol semnificativ. Aici, am reușit să arătăm pentru prima dată că radiația electromagnetică poate genera o forță între atomi, ceea ce poate ajuta la aruncarea unei noi lumini asupra scenariilor astrofizice care nu au fost încă explicate.”
Referința jurnalului:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner și colab. Observarea forțelor dipol-dipol induse de lumină în gazele atomice ultrareci. Fizic. Rev. X 12, 031018 – Publicat 27 iulie 2022. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018
