Атомный лазер создает отражающие узоры, похожие на свет



Атомный лазер, проходящий сверху вниз, создает “едкий”, преломленный рисунок, подобный тому, который часто создается светом, когда он сталкивается с препятствием.  Университет штата Вашингтон


Охлажденные почти до абсолютного нуля атомы не только движутся волнами, как свет, но также могут быть сфокусированы в формы, называемые каустиками, похожие на отражающие или преломляющие узоры, которые свет создает на дне плавательного бассейна или через изогнутый бокал для вина.


В экспериментах в Университете штата Вашингтон ученые разработали метод, позволяющий увидеть эти каустики волн материи, помещая притягивающие или отталкивающие препятствия на пути холодного атомного лазера. В результате получаются изогнутые острия или складки, восходящие или нисходящие "V" - формы, которые исследователи описывают в статье для Nature Communications.


Хотя это фундаментальное исследование, эти каустики могут найти применение в высокоточных измерительных или временных устройствах, таких как интерферометры и атомные часы.


"Это прекрасная демонстрация того, как мы можем манипулировать материальными волнами таким образом, который очень похож на то, как можно манипулировать светом", - сказал Питер Энгельс, заслуженный профессор университета Юнта и старший автор статьи. "Атом ускоряется под действием силы тяжести, поэтому мы можем имитировать эффекты, которые было бы очень трудно увидеть при свете. Кроме того, поскольку атомы реагируют на множество различных факторов, мы потенциально можем использовать это для новых типов датчиков, которые особенно хорошо обнаруживают магнитные поля, градиенты в электрических полях или в гравитации".


Чтобы достичь этих эффектов, сначала ученым пришлось создать одно из самых холодных мест на Земле, что они смогли сделать в лаборатории фундаментальной квантовой физики в университете Вашингтона. Энгельс и его коллеги использовали оптические лазеры для извлечения энергии из атомного облака, захваченного внутри вакуумной камеры, охлаждая его очень близко к абсолютному нулю (-273,15 градуса Цельсия или -459,67 градуса по Фаренгейту).


Этот экстремальный холод заставляет атомы вести себя квантово-механически способами, сильно отличающимися от знакомых законов природы. В этих условиях вместо того, чтобы вести себя как частицы материи, атомы движутся как волны. Облака, образованные из таких атомов, известны как конденсаты Бозе-Эйнштейна, названные в честь теоретиков, чьи работы впервые предсказали это состояние материи, Альберта Эйнштейна и Сатьендры Ната Бозе.


В процессе изучения этих конденсатов исследователи из WSU создали лазер с холодным атомом, что означает, что волнообразные атомы начали выстраиваться в колонну и двигаться вместе.


"Световой лазер-это коллимированный когерентный поток фотонов, и мы, по сути, делаем это с атомами", - сказала Марен Моссман, первый автор статьи, которая работала над проектом в качестве аспиранта WSU и в настоящее время является доцентом физики Клэр Бут Люс в Университете Сан-Диего. "Атомы как бы ходят вместе и ведут себя как один объект. Поэтому мы решили посмотреть, что произойдет, если мы ткнем в это".


Для этого исследования исследователи "ткнули" в атомный лазер, поставив на его пути оптические препятствия, по сути, направляя лазерные лучи определенной длины волны на ускоряющийся поток атомов. Один тип препятствий отталкивал атомы и создавал едкие вещества в форме складок вниз; другой привлекал их, создавая едкие вещества в форме выступов вверх.


По словам исследователей, система также очень настраиваема, что означает, что они могут изменять скорость ускорения атомов.


"Едкие вещества в атомных лазерах никогда не изучались с такой гибкостью", - сказал Энгельс.


В дополнение к Энгельсу и Моссману в число соавторов входят Майкл Форбс, доцент кафедры физики и астрономии WSU, и Томас Берсано, бывший аспирант WSU, ныне работающий в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Обсудить:

0 comments:

Всегда рады услышать ваше мнение!