คอนเดนเสทของ Bose–Einstein แบบต่อเนื่องเปิดประตูสู่เลเซอร์อะตอมแบบคลื่นต่อเนื่อง PlatoBlockchain Data Intelligence ค้นหาแนวตั้ง AI.

คอนเดนเสทของ Bose–Einstein แบบต่อเนื่องเปิดประตูสู่เลเซอร์อะตอมแบบคลื่นต่อเนื่อง

ประทับเวลา: 18 มิถุนายน 2022 10:15 น

นักวิจัยในประเทศเนเธอร์แลนด์ผลิตคอนเดนเสท Bose–Einstein (BEC) แบบต่อเนื่อง อ้างว่าเป็นครั้งแรก ความสำเร็จได้รับการแสวงหามาหลายปีและอาจนำไปสู่เลเซอร์อะตอมคลื่นต่อเนื่องและความเข้าใจพื้นฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟิสิกส์ของสสารควบแน่น

googletag.cmd.push (ฟังก์ชัน () {googletag.display ('div-gpt-ad-3759129-1');});

BECs เกิดขึ้นเมื่อก๊าซของอะตอมโบโซนิกถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่เย็นจัด อะตอมส่วนใหญ่ครอบครองสถานะพื้นของระบบ และ BEC ทำตัวเป็นระบบมหภาคที่อธิบายโดยฟังก์ชันคลื่นควอนตัมเดียว BECs ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกในปี 1995 และผู้สร้างของพวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2001

พูดอย่างเคร่งครัด BEC คือเลเซอร์อะตอมในฐานะนักฟิสิกส์ควอนตัม ฟลอเรียน ชเรค แห่งมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมอธิบายว่า: “ถ้าคุณใช้คำว่า เลเซอร์ ว่าหมายถึงการขยายแสงโดยการกระตุ้นการปล่อยรังสี และคุณแปลคำเหล่านี้ทีละคำให้เทียบเท่าอะตอมของพวกมัน กระบวนการทำให้โหมดการครอบครองด้วยตาเปล่านี้เหมือนกัน สิ่ง."

ลำแสงเลเซอร์แบบธรรมดาผลิตขึ้นโดยการดึงแสงบางส่วนออกจากโหมดออปติคัลที่มีอยู่ภายในช่องแสง ในการผลิตเลเซอร์คลื่นแบบต่อเนื่อง จะต้องปั๊มพลังงานเข้าสู่โหมดโพรงให้เร็วที่สุดเท่าที่พลังงานจะปล่อยผ่านลำแสงเลเซอร์และกระบวนการสูญเสียอื่นๆ

เติมอะตอม

เป้าหมายหลักของออปติกอะตอมคือการผลิตเลเซอร์อะตอมแบบคลื่นต่อเนื่อง ซึ่งเป็นระบบที่ส่งลำแสงอะตอมที่สอดคล้องกันอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ นักวิจัยจะต้องเพิ่มอะตอมใหม่ลงใน BEC อย่างน้อยก็เร็วเท่ากับอะตอมในลำแสงที่เหลือ

ในขณะที่โฟตอนโดยพื้นฐานแล้วไม่มีปฏิกิริยาโต้ตอบ อะตอมที่เย็นจัดจะก่อตัวเป็นโมเลกุลอย่างรวดเร็ว ซึ่งมักจะเป็นสาเหตุที่ใหญ่ที่สุดของการสูญเสียอะตอมในบีอีซี เพื่อรักษา BEC ไว้อย่างต่อเนื่อง นักฟิสิกส์จึงจำเป็นต้องเติมอะตอมเหล่านี้อย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง สิ่งเดียวที่พิสูจน์แล้วว่าเป็นไปไม่ได้ แม้ว่าจะไม่ได้กำจัดอะตอมเพื่อสร้างลำแสงเลเซอร์ก็ตาม

ในปี พ.ศ. 2013 Schreck และเพื่อนร่วมงานที่สถาบันวิจัยควอนตัมออปติกและข้อมูลควอนตัมแห่งออสเตรีย และมหาวิทยาลัยอินส์บรุคได้สร้าง BEC แรกด้วยเลเซอร์ระบายความร้อนของอะตอม มากกว่าการทำความเย็นแบบระเหย การทำความเย็นด้วยเลเซอร์ทำได้เร็วกว่ามากและไม่ต้องการให้ตัวอย่างส่วนใหญ่สูญหาย พวกเขาล็อกเลเซอร์ให้เปลี่ยนอะตอมเป็นเส้นแคบในสตรอนเทียมเพื่อทำให้กลุ่มเมฆของอะตอมเย็นลง ในขณะที่เลเซอร์ตัวที่สองเพิ่มศักยภาพในการดักจับที่ศูนย์กลางของกับดัก เลเซอร์ตัวที่สองนี้ทำให้ศูนย์กลางโปร่งใสต่อเลเซอร์และปล่อยให้พลังงานจากอะตอมเหล่านี้ ซึ่งร้อนขึ้นเมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้น เพื่อกระจายไปยังอะตอมโดยรอบ

กระบวนการสองขั้นตอน

อะตอมของสตรอนเทียมทำความเย็นด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการสองขั้นตอน อย่างไรก็ตาม ขั้นแรก อะตอมจะถูกทำให้เย็นลงจากอุณหภูมิเตาอบโดยใช้เรโซแนนซ์สีน้ำเงินที่กว้าง จากนั้นเรโซแนนซ์ที่แคบกว่าในวินาทีจะทำให้อะตอมเย็นลงจาก 1 mK เป็นประมาณ 1 ไมโครเค

"โชคไม่ดีที่เคล็ดลับนี้ที่เราเคยใช้เพื่อป้องกัน BEC จากโฟตอนระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ใช้ไม่ได้กับเลเซอร์ linewidth แบบกว้าง" Schreck อธิบาย; “ก่อนอื่นเราทำให้ตัวอย่างของเราเย็นลงโดยใช้แสงสีน้ำเงิน จากนั้นเราก็ปิดสวิตช์นั้น” วิธีการตามลำดับนี้จึงสามารถผลิตคอนเดนเสทได้เป็นระยะเท่านั้น

ในงานใหม่นี้ Schreck และเพื่อนร่วมงานได้ออกแบบเครื่องจักรใหม่ที่มีช่องสูญญากาศแยกกันสองช่อง สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถนำลำแสงอะตอมผ่านทั้งสองและเติมเต็มบีอีซีอย่างต่อเนื่อง

Schreck อธิบาย "แทนที่จะดำเนินการเปลี่ยนการระบายความร้อนเหล่านี้ทีละส่วนตามเวลาอย่างที่ผู้คนเคยทำมาก่อน ผลที่ได้คือคอนเดนเสทที่ถูกแทนที่เร็วกว่าที่มันสลายตัว ทำให้คงอยู่ต่อไปอย่างไม่มีกำหนด

ก้าวหน้ามาก

ก่อนหน้านี้ หลายกลุ่มได้พยายามใช้ขั้นตอนการระบายความร้อนตามลำดับโดยใช้เทคนิคต่างๆ เพื่อทำให้อะตอมต่างๆ เย็นลง Shreck กล่าว “พวกเขาก้าวหน้าไปมาก แต่พวกเขาไม่สามารถผลักดันให้ผ่านพ้นไปได้ ตอนนี้เทคโนโลยีมีความเป็นผู้ใหญ่มากขึ้น และสตรอนเทียมก็ดีเพราะมีการเปลี่ยนแปลงการระบายความร้อนด้วย linewidth ที่แคบ ซึ่งทำให้ง่ายขึ้นสำหรับเรา”

เป้าหมายหลักของนักวิจัยคือเลเซอร์อะตอมแบบคลื่นต่อเนื่อง ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการตรวจจับคลื่นโน้มถ่วง การค้นหาพลังงานมืด การทดสอบหลักการสมมูล และอื่นๆ Schreck กล่าวว่ายังไม่ชัดเจนว่าจะสามารถสกัดลำแสงได้มากเพียงใดในปัจจุบันเนื่องจากการจำลองไม่แม่นยำ แต่เขา "มั่นใจอย่างยิ่งว่ามีค่ามากกว่า 20%" และเชื่อว่าการเพิ่มอัตราขยายต่อไปน่าจะพิสูจน์ได้ค่อนข้างง่าย

อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากลำแสงเลเซอร์อะตอมแล้ว BEC แบบต่อเนื่องสามารถตอบคำถามที่สำคัญในฟิสิกส์ของสารควบแน่นได้ "นี่เป็นระบบขับเคลื่อนและกระจายตัว โดยหลักการแล้ว คุณสามารถมีเฟสควอนตัมใหม่และพฤติกรรมควอนตัมในระบบไดนามิกซึ่งมีแรงขับและการสลายตัว" Schreck กล่าวเสริม “นักทฤษฎีค่อนข้างสนใจเรื่องนี้”

จุน เย่ ของ JILA ที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาและมหาวิทยาลัยโคโลราโดรู้สึกประทับใจ "กลุ่มของ Florian Schreck ได้ทำงานเกี่ยวกับแหล่งที่มาของอะตอมสตรอนเทียมเย็นจัดเป็นเวลานานหลายปี" เขากล่าว “เป็นเรื่องน่าพอใจจริงๆ ที่เห็นว่าพวกเขามีความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการรวมเทคโนโลยีนี้เข้ากับการกระเจิงของอะตอมความร้อนที่กระตุ้นโดยโบสอย่างต่อเนื่องเข้าไปในคอนเดนเสทของ Bose-Einstein ของสตรอนเทียม-84 เทคโนโลยีนี้เมื่อขยายออกไปด้วยความสามารถในการส่งออกอย่างต่อเนื่องจะมีผลกระทบอย่างมากสำหรับเซ็นเซอร์ควอนตัมตั้งแต่เครื่องวัดคลื่นสสารไปจนถึงนาฬิกา”

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน ธรรมชาติ.

โพสต์ คอนเดนเสทของ Bose–Einstein แบบต่อเนื่องเปิดประตูสู่เลเซอร์อะตอมแบบคลื่นต่อเนื่อง ปรากฏตัวครั้งแรกเมื่อ โลกฟิสิกส์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์