Thông qua chùm tia laze, có thể phân cực các nguyên tử để chúng có thể trở nên tích điện dương ở một bên và tích điện âm ở bên kia. Kết quả là chúng bị hút vào nhau, tạo ra một trạng thái liên kết duy nhất yếu hơn đáng kể so với liên kết giữa hai nguyên tử trong một phân tử cụ thể nhưng vẫn có thể định lượng được. Chùm tia laze, có thể được coi là một “phân tử” của ánh sáng và vật chất, theo một cách nào đó mang lại cho các nguyên tử phân cực khả năng hút lẫn nhau.
Hiện tượng này đã được dự đoán từ lâu về mặt lý thuyết, nhưng các nhà nghiên cứu tại Đại học Innsbruck và Trung tâm Khoa học và Công nghệ Lượng tử Vienna (VCQ) tại TU Viên hiện đã đạt được phép đo đầu tiên về mối liên hệ nguyên tử bất thường này. Họ lần đầu tiên tạo ra một trạng thái liên kết rất đặc biệt giữa các nguyên tử trong phòng thí nghiệm. Tương tác này có thể được sử dụng để điều khiển các nguyên tử rất lạnh và cũng có thể tác động đến cách các phân tử hình thành trong không gian.
Giáo sư Philipp Haslinger, người có nghiên cứu tại Atominstitut ở TU Wien được hỗ trợ bởi chương trình FWF START, cho biết: “Trong một nguyên tử trung hòa về điện, một hạt nhân nguyên tử tích điện dương được bao quanh bởi các electron tích điện âm, bao quanh hạt nhân nguyên tử giống như một đám mây. Nếu bây giờ bạn bật một điện trường ngoài, thì sự phân bố điện tích này sẽ thay đổi một chút.”
“Điện tích dương hơi dịch chuyển theo một hướng, điện tích âm hơi dịch chuyển theo hướng khác, nguyên tử đột nhiên có một mặt dương và một mặt âm, bị phân cực.”
Có thể tạo hiệu ứng phân cực bằng ánh sáng laze vì ánh sáng chỉ là một trường điện từ mà thay đổi nhanh chóng. Ánh sáng phân cực tất cả các nguyên tử (khi đặt cạnh nhau) theo cùng một cách - dương ở bên trái và âm ở bên phải hoặc ngược lại. Trong cả hai trường hợp, hai nguyên tử cạnh nhau chuyển các điện tích khác nhau về phía nhau, tạo ra lực giữa chúng.
Mira Maiwöger từ TU Wien, tác giả đầu tiên của ấn phẩm, cho biết, “Đây là một lực hấp dẫn rất yếu nên phải thí nghiệm rất cẩn thận mới có thể đo được. Nếu các nguyên tử có nhiều năng lượng và chuyển động nhanh, lực hấp dẫn sẽ biến mất ngay lập tức. Đây là lý do tại sao một đám mây nguyên tử cực lạnh được sử dụng.”
Mira Maiwöger từ TU Wien, tác giả đầu tiên của ấn phẩm, cho biết, “Đây là một lực hấp dẫn rất yếu nên phải thí nghiệm rất cẩn thận mới có thể đo được. Nếu các nguyên tử có nhiều năng lượng và chuyển động nhanh, lực hấp dẫn sẽ biến mất ngay lập tức. Đây là lý do tại sao một đám mây nguyên tử cực lạnh được sử dụng.”
Các nhà khoa học đã sử dụng một kỹ thuật trong đó đầu tiên họ bắt giữ và sau đó làm lạnh các nguyên tử trong một bẫy từ tính trên chip nguyên tử. Các nguyên tử sau đó được giải phóng rơi tự do sau khi tắt bẫy. Mặc dù là “siêu lạnh”—với nhiệt độ chưa đến một phần triệu Kelvin—đám mây nguyên tử có đủ năng lượng để phát triển trong mùa thu. Tuy nhiên, sự tăng trưởng của đám mây nguyên tử này bị chậm lại nếu các nguyên tử bị phân cực bằng chùm tia laze trong giai đoạn này, tạo ra một lực hấp dẫn giữa chúng. Đây là cách đo lực hấp dẫn.
Matthias Sonnleitner, người đặt nền tảng lý thuyết cho thí nghiệm, cho biết: “Phân cực từng nguyên tử bằng chùm tia laze không có gì mới. Tuy nhiên, điều quan trọng trong thí nghiệm của chúng tôi là lần đầu tiên chúng tôi đã thành công trong việc phân cực một số nguyên tử với nhau theo một cách có kiểm soát, tạo ra một lực hấp dẫn có thể đo được giữa chúng.”
Philipp Haslinger nói, “Lực hấp dẫn này là một công cụ bổ sung để kiểm soát các nguyên tử lạnh. Nhưng nó cũng có thể quan trọng trong vật lý thiên văn: Trong không gian rộng lớn, các lực nhỏ có thể đóng một vai trò quan trọng. Ở đây, lần đầu tiên chúng tôi có thể chỉ ra rằng bức xạ điện từ có thể tạo ra lực giữa các nguyên tử, lực này có thể giúp làm sáng tỏ những kịch bản vật lý thiên văn chưa được giải thích.”
Tạp chí tham khảo:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner et al. Quan sát các lực lưỡng cực-lưỡng cực cảm ứng ánh sáng trong khí nguyên tử cực lạnh. Vật lý. Mục sư X 12, 031018 – Xuất bản ngày 27 tháng 2022 năm XNUMX. DOI: 10.1103 / PhysRevX.12.031018
