英国的研究人员进行了计算，展示了如何使用“扭曲光”来操纵处于一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚体 (BEC) 的奇异物质状态中的超冷原子。 使用理论模型， 格兰特·亨德森 英国斯特拉斯克莱德大学的同事们发现，光物质孤子可以通过螺旋形光波前与 BEC 之间的相互作用产生。
BEC 是一种奇异的物质状态，其中相同原子的气体被冷却到接近绝对零。 这将大部分原子驱动到最低量子态，当这种情况发生时，气体的物理特性由宏观波函数定义。
BEC 的一个特别有趣的特征是孤子，它是在行进时保持其形状的波包。 孤子也存在于广泛的领域，包括流体动力学、铁电材料和超导体。
当通过自聚焦仔细平衡介质中的光衍射时，就会出现空间光孤子。 自聚焦是一种非线性效应，它涉及光本身改变介质的光学特性。
扭转偶极子
在他们的研究中，亨德森的团队探索了一个更复杂的场景。 他们考虑的是“扭曲”光，而不是具有高斯强度分布的传统激光束。 这是一种带有波前的光，它像开瓶器一样围绕其行进轴扭转。 这些光束带有轨道角动量，这意味着它们可以旋转在介质中遇到的原子级电偶极子。
该团队计算了当一束扭曲的光与与光同向移动的 BEC 的原子相互作用时会发生什么。 他们预测，自聚焦效应会导致扭曲的光分裂成孤子。 由于 BEC 的原子被高强度光吸引，因此原子会被光孤子“捕获”。 结果是产生了耦合的光原子波包。
光在玻色-爱因斯坦凝聚中以单向分叉
这些包中的原子在传播时会发生扭曲，研究小组发现创建的包的数量等于扭曲光的轨道角动量的两倍。 例如，上图显示了当轨道角动量为 XNUMX 的光与 BEC 相互作用时会产生四个孤子。
这一发现提出了一种简单的新技术，可以将奇异物质雕刻成复杂的形状，并仔细控制 BEC 原子的传输。 Henderson 及其同事现在提出，这种效应可以在新型量子技术中加以利用：包括超灵敏探测器和使用中性原子传输电流的电路。
该研究描述于 “物理评论快报”.
