Raziskovalci v Združenem kraljestvu so izvedli izračune, ki kažejo, kako se lahko "zasukana svetloba" uporablja za manipulacijo ultra-hladnih atomov v eksotičnem stanju snovi, imenovanem Bose-Einsteinov kondenzat (BEC). Z uporabo teoretičnih modelov, Grant Henderson in kolegi z britanske Univerze Strathclyde so odkrili, da bi lahko solitone svetlobe in snovi ustvarili z interakcijo med valovnimi frontami svetlobe v obliki zamaška in BEC.
BEC so eksotično stanje snovi, v katerem je plin enakih atomov ohlajen blizu absolutne ničle. To požene velik del atomov v najnižje kvantno stanje, in ko se to zgodi, je fizika plina definirana z makroskopsko valovno funkcijo.
Ena posebej zanimiva značilnost BEC so solitoni, ki so valovni paketi, ki ohranijo svojo obliko med potovanjem. Solitone najdemo tudi na številnih področjih, vključno s hidrodinamiko, feroelektričnimi materiali in superprevodniki.
Prostorski optični soliton nastane, ko je uklon svetlobe v mediju skrbno uravnotežen s samofokusiranjem. Samofokusiranje je nelinearni učinek, pri katerem svetloba sama spremeni optične lastnosti medija.
Sukajoči se dipoli
V svoji študiji je Hendersonova ekipa raziskala bolj zapleten scenarij. Namesto običajnega laserskega žarka z Gaussovo porazdelitvijo intenzitete so upoštevali "zasukano" svetlobo. To je svetloba z valovno fronto, ki se vrti okoli svoje osi potovanja kot zamašek. Ti žarki nosijo orbitalni kotni moment, kar pomeni, da lahko vrtijo električne dipole atomskega merila, na katere naletijo v mediju.
Ekipa je izračunala, kaj bi se zgodilo, ko žarek zvite svetlobe interagira z atomi BEC, ki se gibljejo v isti smeri kot svetloba. Predvidevajo, da bi učinek samofokusiranja povzročil, da bi se zvita svetloba razdrobila na solitone. Ker atome BEC privlači visoko intenzivna svetloba, bi atome "ujeli" optični solitoni. Rezultat je ustvarjanje sklopljenih svetlobno-atomskih valovnih paketov.
Svetloba se v Bose-Einsteinovem kondenzatu razcepi v eno smer
Atomi v teh paketih se zvijajo, ko se širijo, in ekipa je ugotovila, da je število ustvarjenih paketov enako dvakratnemu orbitalnemu kotnemu momentu zvite svetlobe. Zgornja slika na primer prikazuje nastanek štirih solitonov, ki bi se pojavili, ko bi svetloba z orbitalnim kotnim momentom dva interagirala z BEC.
Odkritje predstavlja preprosto novo tehniko za oblikovanje eksotične snovi v kompleksne oblike in skrbno nadzorovanje transporta atomov BEC. Henderson in sodelavci zdaj predlagajo, da bi učinek lahko izkoristili v novih kvantnih tehnologijah: vključno z ultra občutljivimi detektorji in vezji, ki uporabljajo nevtralne atome za prenos tokov.
Raziskava je opisana v Pisni pregledi fizike.
