A fizikusok azt mondják, hogy olyan atomlézert készítettek, amely „örökké” tud működni

Egy új áttörés lehetővé tette a fizikusok számára, hogy olyan atomnyalábot hozzanak létre, amely ugyanúgy viselkedik, mint egy lézer, és elméletileg „örökké” tarthat.

Ez végül azt jelentheti, hogy a technológia a gyakorlati alkalmazás felé halad, bár még mindig vannak jelentős korlátozások.

Ez azonban óriási előrelépés az úgynevezett „atomi lézer” számára – egy atomokból álló egyetlen hullámsugár, amely egy napon alapvető fizikai állandók és mikromérnöki technológia tesztelésére használható.

A kukoricalézer már egy perce működik. Az első atomlézert az MIT csapata készítette A fizikusok 1996-ban. Az elgondolás meglehetősen egyszerűnek tűnik: ahogy a hagyományos fényalapú lézerek fotonokból állnak, amelyek szinkronban mozognak a hullámaikkal, az atomokból készült lézereknek is meg kell igazodniuk a hullámszerű természetükről, mielőtt nyalábként keverednek.

Azonban, mint sok más dolog a tudományban, könnyebb elképzelni a fogalmakat, mint érzékelni. A lézeratomban gyökér a halmazállapot hívott Bose-Einstein kondenzátorvagy BEC.

A BEC-t felhőhűtés állítja elő bozonok csak töredékére az abszolút nulla felett. Ilyen alacsony hőmérsékleten az atomok a lehető legalacsonyabb energiaállapotba süllyednek anélkül, hogy teljesen leállnának.

Amikor elérik ezeket az alacsony energiákat, a részecskék kvantumtulajdonságai nem zavarhatják egymást; Elég közel kerülnek egymáshoz ahhoz, hogy valamilyen interferenciát okozzanak, ami egy nagy sűrűségű atomfelhőt eredményez, amely egyetlen „szuperatomként” vagy anyaghullámként viselkedik.

A BEC-ek azonban egy kis ellentmondást jelentenek. Nagyon törékeny. Még a fény is elpusztíthatja a BEC-et. Tekintettel arra, hogy a BEC-ben lévő atomok Optikai lézerrel hűtjükez általában azt jelenti, hogy a BEC átmeneti.

Az atomlézer, amelyet a tudósok eddig elértek, impulzusos volt, nem sokoldalú; Ez csak egy impulzust tartalmaz, mielőtt új BEC-t kell létrehozni.

A folyamatos BEC létrehozása érdekében a hollandiai Amszterdami Egyetem kutatócsoportja felismerte, hogy valamit változtatni kell.

„A korábbi kísérletekben az atomok fokozatos hűtése egy helyen történt. A mi elrendezésünkben úgy döntöttünk, hogy a hűtési lépéseket nem időben, hanem térben terjesztjük: az atomokat mozgásra kényszerítjük, ahogy haladnak egymás utáni hűtési lépéseken keresztül.” Florian Schreck fizikus elmagyarázta.

„Végül az ultrahideg atomok a kísérlet középpontjába kerülnek, ahol felhasználhatók koherens anyaghullámok kialakítására a BEC-ben. De miközben ezeket az atomokat használják, az új atomok már úton vannak a BEC regenerálása felé. így fenn tudjuk tartani a folyamatot – lényegében örökké.”

Ez a „kísérlet szíve” az a csapda, amely megvédi a BEC-et a fénytől, egy tartály, amelyet a kísérlet időtartama alatt folyamatosan lehet tölteni.

Azonban a BEC védelme a hűtőlézerek fényétől, bár elméletileg egyszerű, a gyakorlatban ismét nehezebb volt. Nemcsak technikai akadályok voltak, hanem bürokratikus és adminisztratív akadályok is.

„Amikor 2013-ban Amszterdamba költöztünk, a hit ugrásával, kölcsönpénzzel, egy üres szobával és egy teljesen finanszírozott személyi támogatással indultunk.” Chun Chia-chen fizikus azt mondta:aki a keresést vezette.

„Hat évvel később, 2019 karácsonyának kora reggelén a kísérlet végre a célhoz ért. Az volt az ötletünk, hogy egy további lézersugarat adunk hozzá, hogy megoldjunk egy utolsó technikai problémát, és azonnal minden képünkön a BEC látható. , az első folyamatos hullám BEC.”

Most, hogy a folytonos atomlézer első része – a „folyamatos atom” rész – elkészült, a csapat szerint a következő lépés az egyenletes atomsugár fenntartása. Ezt úgy érhetik el, hogy az atomokat behatárolatlan állapotba helyezik, így vonják ki a diffúz anyaghullámot.

Elmondták, hogy stroncium atomokat használtak, a BEC-ek kedvelt választása, a lehetőség izgalmas lehetőségeket nyit meg. A stroncium BEC-ekkel végzett atomi interferometria felhasználható például relativitáselmélet és kvantummechanikai vizsgálatok elvégzésére, vagy kimutatásra. gravitációs hullámok.

„Kísérletünk egy folyamatos hullámú optikai lézer anyaghullám-analógja, teljesen visszaverő üreges tükrökkel.” A kutatók írták közleményükben.

„Ez az alapelv-demonstráció az atomoptika új, eddig hiányzó darabját adja, amely lehetővé teszi koherens folytonos hullámú eszközök felépítését.”

A keresést ben tették közzé indulat természet.