С помощью лазерного луча возможна поляризация атомов, так что они могут стать положительно заряженными с одной стороны и отрицательно заряженными с другой. В результате они притягиваются друг к другу, создавая уникальное состояние связи, которое значительно слабее, чем связь между двумя атомами в конкретной молекуле, но все же поддается количественному определению. Лазерный луч, который можно представить как «молекулу» света и материи, в некотором роде дает поляризованным атомам возможность притягиваться друг к другу.
Это явление давно ожидалось теоретически, но исследователи Университет Инсбрука и Венский центр квантовой науки и технологий (VCQ) в Венский технический университет получили первое измерение этой необычной атомной связи. Они впервые создали особое состояние связи между атомами в лаборатории. Это взаимодействие можно использовать для управления очень холодными атомами, а также может влиять на формирование молекул в космосе.
Профессор Филипп Хаслингер, чьи исследования в Atominstitut Венского технического университета поддерживаются программой FWF START, сказал: «В электрически нейтральном атоме положительно заряженное атомное ядро окружено отрицательно заряженными электронами, которые окружают атомное ядро подобно облаку. Если теперь вы включите внешнее электрическое поле, это распределение заряда немного сместится».
«Положительный заряд немного смещается в одном направлении, отрицательный — немного в другом, атом неожиданно имеет положительную и отрицательную сторону, поляризуется».
Создание эффекта поляризации с помощью лазерного света возможно, поскольку свет — это всего лишь электромагнитное поле что быстро меняется. Свет поляризует все атомы (когда они расположены рядом друг с другом) одинаково — положительно слева и отрицательно справа, или наоборот. В обоих случаях два соседних атома поворачивают друг к другу разные заряды, создавая между собой силу.
Мира Майвегер из TU Wien, первый автор публикации, сказала: «Это очень слабая сила притяжения, поэтому нужно очень тщательно экспериментировать, чтобы измерить ее. Если атомы обладают большой энергией и быстро движутся, сила притяжения немедленно исчезает. Вот почему было использовано облако ультрахолодных атомов».
Мира Майвегер из TU Wien, первый автор публикации, сказала: «Это очень слабая сила притяжения, поэтому нужно очень тщательно экспериментировать, чтобы измерить ее. Если атомы обладают большой энергией и быстро движутся, сила притяжения немедленно исчезает. Вот почему было использовано облако ультрахолодных атомов».
Ученые использовали технику, в которой сначала захватили, а затем охладили атомы в магнитной ловушке на атомном чипе. Затем атомы высвобождаются в свободном падении после выключения ловушки. Несмотря на то, что оно «сверххолодное» — с температурой менее одной миллионной доли Кельвина — облако атомов обладает достаточной энергией, чтобы расти во время падения. Однако рост этого атомного облака замедляется, если во время этой фазы атомы поляризуются лазерным лучом, создавая между ними силу притяжения. Так измеряется сила притяжения.
Маттиас Зоннлейтнер, заложивший теоретическую основу эксперимента, сказал: «В поляризации отдельных атомов лазерными лучами нет ничего нового. Однако самое главное в нашем эксперименте заключается в том, что нам впервые удалось контролируемо поляризовать несколько атомов вместе, создав между ними измеримую силу притяжения».
Филипп Хаслингер — сказал, «Эта сила притяжения является дополнительным инструментом для управления холодными атомами. Но это может быть важно и в астрофизике: на просторах космоса малые силы могут играть значительную роль. Здесь мы смогли впервые показать, что электромагнитное излучение может создавать силу между атомами, что может помочь пролить новый свет на астрофизические сценарии, которые еще не были объяснены».
Справочник журнала:
- Мира Майвегер, Матиас Зоннляйтнер и др. Наблюдение светоиндуцированных диполь-дипольных сил в ультрахолодных атомарных газах. Phys. Версия X 12, 031018 - Опубликовано 27 июля 2022 г. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018
