เมื่ออนุภาคสองตัวลอยอยู่ในโฟกัสของลำแสงเลเซอร์ แสงจะสะท้อนกลับไปกลับมาระหว่างอนุภาคทั้งสองเพื่อสร้างคลื่นนิ่ง อันตรกิริยากับคลื่นนิ่งเหล่านี้ทำให้อนุภาคจัดเรียงตัวเองในปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเชื่อมด้วยแสง ตอนนี้เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเวียนนา สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งออสเตรีย และมหาวิทยาลัยดูสบูร์ก-เอสเซิน ประเทศเยอรมนี ประสบความสำเร็จในการควบคุมการจับกันระหว่างอนุภาคนาโนสองตัวที่ลอยอยู่ในแสงในลำแสงเลเซอร์คู่ขนานได้อย่างเต็มที่ ความสำเร็จดังกล่าวเป็นแพลตฟอร์มใหม่สำหรับการสำรวจพลวัตควอนตัมโดยรวมที่มีอนุภาคตั้งแต่สองอนุภาคขึ้นไป
นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าด้วยการปรับคุณสมบัติของลำแสงเลเซอร์ พวกเขาสามารถควบคุมไม่เพียงแต่ความแรงของปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคเท่านั้น แต่ยังควบคุมว่าปฏิกิริยานี้น่าดึงดูด น่ารังเกียจ หรือแม้แต่ไม่โต้ตอบกันหรือไม่ “การไม่ตอบแทนหมายความว่าอนุภาคหนึ่งผลักอีกอนุภาคหนึ่ง แต่อีกอนุภาคหนึ่งไม่ผลักกลับ” สมาชิกในทีมอธิบาย เบนจามิน สติกเลอร์ ของ มหาวิทยาลัยดุยส์บูร์ก-เอสเซิน. “แม้ว่าพฤติกรรมนี้ดูเหมือนจะฝ่าฝืนกฎข้อที่สามของนิวตันในระบบที่ดูสมมาตร แต่ก็ไม่ได้เป็นเพราะสนามแสงพัดพาโมเมนตัมบางส่วนไป”
การกระเจิงที่สอดคล้องกัน
การศึกษาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับอนุภาคที่มีพันธะทางสายตาไม่ได้อธิบายพฤติกรรมที่ไม่ซึ่งกันและกัน แต่ทีมงานกล่าวว่ามันเกิดจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการกระเจิงแบบต่อเนื่องกัน โดยพื้นฐานแล้ว เมื่อแสงเลเซอร์กระทบกับอนุภาคนาโน อนุภาคนาโนจะกลายเป็นโพลาไรซ์เพื่อให้เป็นไปตามการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแสง
“ด้วยผลที่ตามมา แสงทั้งหมดที่กระจัดกระจายจากอนุภาคจะแกว่งไปแกว่งมาตามระยะของเลเซอร์ที่เข้ามา” สมาชิกในทีมอธิบาย ยูรอส เดลิค ของ มหาวิทยาลัยเวียนนา. “แสงที่กระจัดกระจายจากอนุภาคหนึ่งสามารถรบกวนแสงที่ดักจับอีกอนุภาคหนึ่งได้ หากเฟสระหว่างสนามแสงเหล่านี้สามารถปรับได้ ความแรงและลักษณะของแรงระหว่างอนุภาคก็สามารถปรับได้เช่นกัน”
เพื่อเป็นการล้อเลียนพฤติกรรมนี้ สมาชิกในทีมในกรุงเวียนนาจึงได้ติดตั้งแหนบแสงแบบขนานสองตัวพร้อมตัวปรับแสงเชิงพื้นที่ ซึ่งเป็นจอแสดงผลคริสตัลเหลวที่สามารถแยกหรือสร้างรูปร่างลำแสงเลเซอร์ได้ “ในตอนแรกอนุภาคจะติดอยู่ใกล้กันเพื่อดูว่าพวกมันมีปฏิกิริยาอย่างไรผ่านแสงที่สะท้อนออกมา นั่นคือวิธีที่พวกมันจับกันทางแสง” Delic อธิบาย “วิธีการทำเช่นนั้นคือการสังเกตว่าความถี่การแกว่งของมันเมื่อเราวางไว้ใกล้กัน ยิ่งพวกมันเปลี่ยนแปลงมากเท่าใด ปฏิสัมพันธ์ก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น”
ด้วยการคำนวณทางทฤษฎีโดยเพื่อนร่วมงานในเมืองดูสบูร์ก นักวิจัยพบว่าปฏิสัมพันธ์อาจไม่โต้ตอบกันสำหรับสถานที่เฉพาะเจาะจง การค้นพบนี้ได้รับการยืนยันโดยการสังเกตการณ์ในห้องปฏิบัติการ ซึ่งปรากฏว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคมีความซับซ้อนมากกว่าที่คาดไว้
“เครื่องมือใหม่สุดล้ำ”
“การทดลองของเราถือเป็นเครื่องมือใหม่ในการควบคุมและสำรวจปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุนาโนที่ลอยอยู่” Delic และ Stickler บอก โลกฟิสิกส์. “ระดับของการควบคุมและการปฏิบัติการที่ประสบความสำเร็จในระบบควอนตัมได้เปิดช่องทางการวิจัยที่น่าสนใจมากมาย เช่น การศึกษาปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนในระบบหลายอนุภาค”
แหนบแบบใช้แสงจับอนุภาคนาโนในฮีเลียมซุปเปอร์ฟลูอิด
นักวิจัยกล่าวว่าตอนนี้พวกเขาจะพยายามขยายขอบเขตเทคนิคของตนเพื่อให้สามารถขยายไปสู่อนุภาคนาโนที่ลอยอยู่จำนวนมากได้ “ปฏิสัมพันธ์ที่ปรับแต่งได้จะช่วยให้เราสามารถโปรแกรมการเชื่อมต่อระหว่างอนุภาคและสำรวจว่าพวกมันเคลื่อนไหวและสร้างรูปแบบร่วมกันได้อย่างไร” Delic และ Stickler กล่าว
การศึกษาปัจจุบันได้รับการตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์.
