Bir lazer ışını aracılığıyla, atomların polarizasyonu mümkündür, böylece bir tarafta pozitif, diğer tarafta negatif yüklü hale gelebilirler. Sonuç olarak, belirli bir moleküldeki iki atom arasındaki bağdan önemli ölçüde daha zayıf, ancak yine de ölçülebilir olan benzersiz bir bağlanma durumu yaratarak birbirlerine çekilirler. Işık ve maddenin bir "molekül"ü olarak düşünülebilecek olan lazer ışını, bir bakıma polarize olmuş atomlara birbirlerini çekme gücü verir.
Bu fenomen uzun zamandır teorik olarak tahmin ediliyordu, ancak araştırmacılar Innsbruck Üniversitesi ve Viyana Kuantum Bilimi ve Teknolojisi Merkezi (VCQ) Viyana Teknoloji Üniversitesi şimdi bu sıra dışı atomik bağlantının ilk ölçümünü gerçekleştirdik. Laboratuvarda ilk kez atomlar arasında çok özel bir bağ oluşturdular. Bu etkileşim, çok soğuk atomları manipüle etmek için kullanılabilir ve moleküllerin uzayda nasıl oluştuğunu da etkileyebilir.
TU Wien'deki Atominstitut'taki araştırması FWF START programı tarafından desteklenen Prof. Philipp Haslinger, şunları söyledi: "Elektriksel olarak nötr bir atomda, pozitif yüklü bir atom çekirdeği, atom çekirdeğini bir bulut gibi çevreleyen negatif yüklü elektronlarla çevrilidir. Şimdi harici bir elektrik alanını açarsanız, bu yük dağılımı biraz değişir.”
"Pozitif yük bir yöne hafifçe kaydırılır, negatif yük hafifçe diğer yöne kaydırılır, atom birdenbire bir pozitif ve bir negatif tarafa sahip olur, polarize olur."
Işık sadece bir ışık olduğu için lazer ışığı ile polarizasyon etkisi yaratmak mümkündür. elektromanyetik alan bu hızla değişir. Işık, tüm atomları (yan yana yerleştirildiğinde) aynı şekilde - solda pozitif ve sağda negatif veya tam tersi şekilde polarize eder. Her iki durumda da, iki komşu atom farklı yükleri birbirine doğru çevirerek aralarında bir kuvvet oluşturur.
Yayının ilk yazarı TU Wien'den Mira Maiwöger, şunları söyledi: "Bu çok zayıf bir çekici güç, bu yüzden onu ölçebilmek için çok dikkatli deneyler yapmalısınız. Atomlar çok fazla enerjiye sahipse ve hızlı hareket ediyorsa, çekim kuvveti hemen yok olur. Bu nedenle ultra soğuk atomlardan oluşan bir bulut kullanıldı.”
Yayının ilk yazarı TU Wien'den Mira Maiwöger, şunları söyledi: "Bu çok zayıf bir çekici güç, bu yüzden onu ölçebilmek için çok dikkatli deneyler yapmalısınız. Atomlar çok fazla enerjiye sahipse ve hızlı hareket ediyorsa, çekim kuvveti hemen yok olur. Bu nedenle ultra soğuk atomlardan oluşan bir bulut kullanıldı.”
Bilim adamları, atomları bir atom çipi üzerindeki manyetik bir tuzakta önce yakalayıp sonra soğuttukları bir teknik kullandılar. Tuzağı kapattıktan sonra atomlar serbest düşüşle serbest bırakılır. Bir Kelvin'in milyonda birinden daha düşük bir sıcaklığa sahip olan "ultra soğuk" olmasına rağmen, atom bulutu sonbahar sırasında büyümek için yeterli enerjiye sahiptir. Bununla birlikte, atomlar bu faz sırasında bir lazer ışını ile polarize edilirse, aralarında çekici bir kuvvet yaratılırsa, bu atomik bulut büyümesi yavaşlar. Çekim kuvveti bu şekilde ölçülür.
Deneyin teorik temellerini atan Matthias Sonnleitner, şunları söyledi: "Lazer ışınlarıyla tek tek atomları polarize etmek yeni bir şey değil. Bununla birlikte, deneyimizin en önemli yanı, ilk kez birkaç kutuplaştırıcı atomu kontrollü bir şekilde bir araya getirmeyi ve aralarında ölçülebilir, çekici bir güç yaratmayı başarmış olmamızdır."
Philipp Haslinger şuraya, "Bu çekici güç, soğuk atomları kontrol etmek için tamamlayıcı bir araçtır. Ancak astrofizikte de önemli olabilir: Uzayın enginliğinde küçük kuvvetler önemli bir rol oynayabilir. Burada ilk kez elektromanyetik radyasyonun atomlar arasında bir kuvvet oluşturabileceğini gösterebildik, bu da henüz açıklanmamış astrofiziksel senaryolara yeni ışık tutmaya yardımcı olabilir.”
Dergi Referans:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner ve ark. Ultrasoğuk Atomik Gazlarda Işığa Bağlı Dipol-Dipol Kuvvetlerinin Gözlemlenmesi. Fizik Rev X 12, 031018 – 27 Temmuz 2022'de yayınlandı. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018
