Birleşik Krallık'taki araştırmacılar, Bose-Einstein yoğuşması (BEC) adı verilen egzotik bir madde durumunda ultra soğuk atomları manipüle etmek için "bükülmüş ışığın" nasıl kullanılabileceğini gösteren hesaplamalar yaptılar. Teorik modeller kullanarak, Grant Henderson ve Birleşik Krallık'taki Strathclyde Üniversitesi'ndeki meslektaşları, ışık-madde solitonlarının, tirbuşon şeklindeki ışık dalga cepheleri ve BEC'ler arasındaki etkileşim yoluyla üretilebileceğini keşfettiler.
BEC'ler, özdeş atomlardan oluşan bir gazın mutlak sıfıra yakın soğutulduğu egzotik bir madde halidir. Bu, atomların büyük bir bölümünü en düşük kuantum durumuna iter ve bu gerçekleştiğinde gazın fiziği makroskopik bir dalga fonksiyonu ile tanımlanır.
BEC'lerin özellikle ilginç bir özelliği, seyahat ederken şekillerini koruyan dalga paketleri olan solitonlardır. Solitonlar ayrıca hidrodinamik, ferroelektrik malzemeler ve süper iletkenler dahil olmak üzere çok çeşitli alanlarda bulunur.
Bir ortamdaki ışığın kırınımı, kendi kendine odaklanma ile dikkatlice dengelendiğinde, uzaysal bir optik soliton oluşur. Kendi kendine odaklanma, ışığın kendisinin ortamın optik özelliklerini değiştirmesini içeren doğrusal olmayan bir etkidir.
Büküm dipolleri
Henderson'ın ekibi yaptıkları çalışmada daha karmaşık bir senaryoyu araştırdı. Gauss yoğunluk dağılımına sahip geleneksel bir lazer ışını yerine, "bükülmüş" ışığı düşündüler. Bu, bir tirbuşon gibi hareket ekseni etrafında dönen bir dalga cephesine sahip hafiftir. Bu ışınlar yörüngesel açısal momentum taşırlar, yani bir ortamda karşılaştıkları atomik ölçekli elektrik dipollerini döndürebilirler.
Ekip, bükülmüş bir ışık demeti, ışıkla aynı yönde hareket eden bir BEC'nin atomlarıyla etkileşime girdiğinde ne olacağını hesapladı. Kendi kendine odaklanma etkisinin, bükülmüş ışığın solitonlara bölünmesine neden olacağını tahmin ediyorlar. BEC'nin atomları yüksek yoğunluklu ışığa çekildiğinden, atomlar optik solitonlar tarafından "yakalanır". Sonuç, birleştirilmiş ışık-atom dalga paketlerinin yaratılmasıdır.
Bir Bose-Einstein yoğuşmasında hafif çatallar tek yönlü
Bu paketlerdeki atomlar yayılırken bükülür ve ekip oluşturulan paketlerin sayısının bükülmüş ışığın yörünge açısal momentumunun iki katına eşit olduğunu buldu. Örneğin yukarıdaki şekil, yörünge açısal momentumu iki olan ışık bir BEC ile etkileştiğinde meydana gelecek dört solitonun oluşumunu göstermektedir.
Keşif, egzotik maddeyi karmaşık şekillere dönüştürmek ve BEC atomlarının taşınmasını dikkatlice kontrol etmek için basit ve yeni bir teknik sunuyor. Henderson ve meslektaşları şimdi, etkinin yeni kuantum teknolojilerinde kullanılabileceğini öne sürüyorlar: ultra hassas dedektörler ve akımları iletmek için nötr atomları kullanan devreler dahil.
Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Physical Review Letters.
