Физиците казват, че са създали атомен лазер, който може да работи „вечно“

Схема, показваща как атомите се разпространяват чрез експеримента. (Амстердамски университет/Scixel)

Нов пробив позволи на физиците да създадат лъч от атоми, който се държи по същия начин като лазер и който теоретично може да остане включен „завинаги“.

Това най-накрая може да означава, че технологията е на път за практическо приложение, въпреки че все още има значителни ограничения.

Независимо от това, това е огромна стъпка напред за това, което е известно като „атомен лазер“ – лъч, направен от атоми, маршируващи като една вълна, която един ден може да се използва за тестване на фундаментални физически константи и инженерна прецизна технология.

Атомните лазери съществуват от минута. Първият атомен лазер е създаден от екип на MIT физици през 1996 г . Концепцията звучи доста просто: точно както традиционният светлинно базиран лазер се състои от фотони, движещи се с техните вълни в синхрон, лазерът, направен от атоми, би изисквал тяхната собствена вълнообразна природа, за да се подреди, преди да бъде разбъркан като лъч.

Както при много неща в науката обаче, е по-лесно да се концептуализира, отколкото да се осъзнае. В основата на атомния лазер е a състояние на материята наречен а Кондензат на Бозе-Айнщайн , или BEC.

BEC се създава чрез охлаждане на облак от бозони до само частица над абсолютната нула. При такива ниски температури атомите потъват до възможно най-ниското си енергийно състояние, без да спрат напълно.

Когато достигнат тези ниски енергии, квантовите свойства на частиците вече не могат да си пречат една на друга; те се движат достатъчно близо един до друг, за да се припокрият, което води до облак с висока плътност от атоми, който се държи като един „супер атом“ или вълна от материя.

BEC обаче са нещо като парадокс. Те са много крехки; дори светлината може да унищожи BEC. Като се има предвид, че атомите в BEC са охлажда се с помощта на оптични лазери , това обикновено означава, че съществуването на BEC е мимолетно.

Атомните лазери, които учените са успели да постигнат досега, са по-скоро импулсни, отколкото непрекъснати; и включват изстрелване само на един импулс, преди да трябва да се генерира нов BEC.

За да се създаде непрекъснат BEC, екип от изследователи от университета в Амстердам в Холандия осъзна, че нещо трябва да се промени.

„В предишни експерименти постепенното охлаждане на атомите се извършваше на едно място. В нашата настройка решихме да разпределим стъпките на охлаждане не във времето, а в пространството: караме атомите да се движат, докато преминават през последователни стъпки на охлаждане, обясни физикът Флориан Шрек .

„В крайна сметка ултрастудените атоми пристигат в сърцето на експеримента, където могат да бъдат използвани за формиране на кохерентни вълни на материята в BEC. Но докато тези атоми се използват, нови атоми вече са на път да попълнят BEC. По този начин можем да поддържаме процеса – по същество завинаги.“

Това „сърцето на експеримента“ е капан, който предпазва BEC от светлина, резервоар, който може непрекъснато да се попълва, докато експериментът продължава.

Защитата на BEC от светлината, произведена от охлаждащия лазер, обаче, макар и проста на теория, отново беше малко по-трудна на практика. Имаше не само технически пречки, но и бюрократични и административни.

„Когато се преместихме в Амстердам през 2013 г., започнахме със скок на вярата, взети назаем средства, празна стая и екип, изцяло финансиран от лични безвъзмездни средства,“ каза физикът Чун-Чиа Чен , който ръководи изследването.

„Шест години по-късно, в ранните часове на коледната утрин на 2019 г., експериментът най-накрая беше на прага на работа. Имахме идеята да добавим допълнителен лазерен лъч, за да разрешим последна техническа трудност, и незабавно всяко изображение, което направихме, показа BEC, първият BEC с непрекъсната вълна.

Сега, след като първата част от непрекъснатия атомен лазер е реализирана – частта „непрекъснат атом“ – следващата стъпка, каза екипът, работи върху поддържането на стабилен атомен лъч. Те биха могли да постигнат това чрез прехвърляне на атомите в незахванато състояние, като по този начин извличат вълна от разпространяваща се материя.

Тъй като са използвали атоми на стронций, популярен избор за BECs, перспективата отваря вълнуващи възможности, казаха те. Атомна интерферометрия, използваща стронциеви BEC, например, може да се използва за провеждане на изследвания на относителността и квантовата механика или за откриване гравитационни вълни .

„Нашият експеримент е аналог на вълната на материята на оптичен лазер с непрекъсната вълна с напълно отразяващи огледала в кухина,“ пишат изследователите в статията си .

„Тази доказателствена демонстрация на принципа предоставя нова, липсваща досега част от атомната оптика, позволяваща изграждането на устройства с непрекъсната кохерентна вълна на материята.“

Изследването е публикувано в Природата .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.