แสงบิดเบี้ยวสามารถสร้างโซลิตันในคอนเดนเสทของโบส–ไอน์สไตน์ได้

นักวิจัยในสหราชอาณาจักรได้ทำการคำนวณที่แสดงให้เห็นว่า "แสงบิดเบี้ยว" สามารถใช้เพื่อจัดการกับอะตอมที่เย็นจัดในสภาวะแปลกใหม่ที่เรียกว่าคอนเดนเสทของ Bose–Einstein (BEC) ได้อย่างไร โดยใช้แบบจำลองทางทฤษฎี แกรนท์ เฮนเดอร์สัน และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัย Strathclyde แห่งสหราชอาณาจักรได้ค้นพบว่าโซลิตันของสสารแสงสามารถสร้างขึ้นได้ผ่านปฏิสัมพันธ์ระหว่างหน้าคลื่นรูปเกลียวของแสงกับ BEC

BECs เป็นสถานะของสสารที่แปลกใหม่ ซึ่งก๊าซของอะตอมที่เหมือนกันจะถูกทำให้เย็นลงใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ สิ่งนี้ทำให้อะตอมส่วนใหญ่เข้าสู่สถานะควอนตัมที่ต่ำที่สุด และเมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ฟิสิกส์ของก๊าซจะถูกกำหนดโดยฟังก์ชันคลื่นมหภาค

คุณลักษณะที่น่าสนใจอย่างหนึ่งของ BEC คือโซลิตัน ซึ่งเป็นแพ็กเก็ตคลื่นที่คงรูปร่างไว้ขณะเดินทาง โซลิตันยังพบได้ในหลากหลายสาขา รวมถึงอุทกพลศาสตร์ วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก และตัวนำยิ่งยวด

โซลิตันออปติคัลเชิงพื้นที่เกิดขึ้นเมื่อการเลี้ยวเบนของแสงในตัวกลางได้รับการปรับสมดุลอย่างระมัดระวังโดยการโฟกัสตัวเอง การโฟกัสตัวเองเป็นเอฟเฟกต์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งเกี่ยวข้องกับแสงที่เปลี่ยนคุณสมบัติทางแสงของตัวกลาง

บิดไดโพล

ในการศึกษา ทีมของเฮนเดอร์สันได้สำรวจสถานการณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น แทนที่จะใช้ลำแสงเลเซอร์แบบธรรมดาที่มีการกระจายความเข้มแบบเกาส์เซียน พวกเขาถือว่าแสง "บิดเบี้ยว" นี่คือแสงที่มีหน้าคลื่นที่บิดรอบแกนการเดินทางเหมือนเหล็กไขจุก คานเหล่านี้มีโมเมนตัมเชิงมุมโคจร ซึ่งหมายความว่าสามารถหมุนไดโพลไฟฟ้าขนาดอะตอมที่พบในตัวกลางได้

ทีมงานได้คำนวณว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อลำแสงบิดเบี้ยวทำปฏิกิริยากับอะตอมของ BEC ที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกับแสง พวกเขาคาดการณ์ว่าเอฟเฟกต์การโฟกัสตัวเองจะทำให้แสงบิดเบี้ยวแตกออกเป็นโซลิตัน เนื่องจากอะตอมของ BEC ถูกดึงดูดด้วยแสงที่มีความเข้มสูง อะตอมจึงจะถูก "จับ" โดยโซลิตันเชิงแสง ผลที่ได้คือการสร้างแพ็กเก็ตคลื่นแสงและอะตอมคู่กัน

อะตอมในแพ็กเก็ตเหล่านี้จะบิดตัวเมื่อแพร่กระจาย และทีมงานพบว่าจำนวนของแพ็กเก็ตที่สร้างขึ้นนั้นเท่ากับสองเท่าของโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรของแสงบิดเบี้ยว ตัวอย่างเช่น รูปด้านบนแสดงการสร้างโซลิตันสี่ตัวที่จะเกิดขึ้นเมื่อแสงที่มีโมเมนตัมเชิงมุมโคจรของสองตัวทำปฏิกิริยากับ BEC

การค้นพบนี้นำเสนอเทคนิคใหม่ที่เรียบง่ายในการปั้นวัตถุแปลกปลอมให้เป็นรูปร่างที่ซับซ้อน และควบคุมการขนส่งอะตอมของบีอีซีอย่างระมัดระวัง เฮนเดอร์สันและเพื่อนร่วมงานเสนอว่าผลกระทบนี้สามารถควบคุมได้ในเทคโนโลยีควอนตัมแบบใหม่ ซึ่งรวมถึงเครื่องตรวจจับที่มีความไวสูงเป็นพิเศษ และวงจรที่ใช้อะตอมที่เป็นกลางในการถ่ายทอดกระแส

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น.