Fizycy twierdzą, że stworzyli laser atomowy, który może działać „wiecznie”

Nowy przełom pozwolił fizykom stworzyć wiązkę atomów, która zachowuje się tak samo jak laser i teoretycznie może trwać „wiecznie”.

Może to ostatecznie oznaczać, że technologia jest na dobrej drodze do praktycznego zastosowania, chociaż nadal istnieją znaczne ograniczenia.

Jest to jednak ogromny krok naprzód dla tak zwanego „lasera atomowego” – pojedynczej wiązki fali złożonej z atomów, która pewnego dnia może zostać wykorzystana do testowania podstawowych stałych fizycznych i technologii mikroinżynieryjnych.

Laser kukurydziany jest już od minuty. Pierwszy laser atomowy został stworzony przez zespół z MIT Fizycy w 1996 roku. Koncepcja wydaje się dość prosta: tak jak tradycyjne lasery oparte na świetle składają się z fotonów, które poruszają się synchronicznie z falami, tak lasery zbudowane z atomów wymagają, aby ich falowa natura została wyrównana, zanim zostaną zmieszane jako wiązka.

Jednak, podobnie jak w przypadku wielu rzeczy w nauce, łatwiej jest wizualizować pojęcia niż postrzegać. W laserze pierwiastek atomu jest a stan rzeczy nazywa Skraplacz Bosego-Einsteinalub BEC.

BEC jest generowany przez chłodzenie chmury z bozony do ułamka powyżej zera absolutnego. W tak niskich temperaturach atomy opadają do najniższego możliwego stanu energetycznego bez całkowitego zatrzymania.

Kiedy osiągną te niższe energie, właściwości kwantowe cząstek nie mogą się wzajemnie zakłócać; Zbliżają się do siebie na tyle blisko, że powodują pewnego rodzaju zakłócenia, w wyniku czego powstaje chmura atomów o dużej gęstości, która zachowuje się jak pojedynczy „superatom” lub fala materii.

Jednak BEC są pewną sprzecznością. Jest bardzo krucha. Nawet światło może zniszczyć BEC. Biorąc pod uwagę, że atomy w BEC są Chłodzony laserem optycznymzwykle oznacza to, że BEC jest efemeryczny.

Laser atomowy, który naukowcy byli w stanie do tej pory osiągnąć, był impulsowy, a nie wszechstronny; Polega na wyzwoleniu tylko jednego impulsu przed utworzeniem nowego BEC.

Aby stworzyć ciągły BEC, zespół naukowców z Uniwersytetu w Amsterdamie w Holandii zdał sobie sprawę, że trzeba coś zmienić.

„W poprzednich eksperymentach stopniowe chłodzenie atomów odbywało się w jednym miejscu. W naszym układzie zdecydowaliśmy się propagować etapy chłodzenia nie w czasie, ale w przestrzeni: sprawiamy, że atomy poruszają się, gdy przechodzą przez kolejne etapy chłodzenia”. Fizyk Florian Schreck wyjaśnił.

„W końcu ultrazimne atomy trafiają do sedna eksperymentu, gdzie można je wykorzystać do tworzenia spójnych fal materii w BEC. Ale podczas korzystania z tych atomów nowe atomy są już na drodze do regeneracji BEC. w ten sposób możemy kontynuować proces – zasadniczo na zawsze”.

To „serce eksperymentu” to pułapka, która chroni BEC przed światłem, zbiornik, który można stale uzupełniać przez cały czas trwania eksperymentu.

Jednak ochrona BEC przed światłem z laserów chłodzących, choć teoretycznie prosta, znów była trudniejsza w praktyce. Istniały nie tylko przeszkody techniczne, ale także biurokratyczne i administracyjne.

„Przeprowadzając się do Amsterdamu w 2013 roku, zaczęliśmy od skoku wiary, pożyczonych pieniędzy, pustego pokoju i w pełni finansowanego zespołu dotacji osobistych” Fizyk Chun Chia-chen powiedział:który prowadził poszukiwania.

„Sześć lat później, we wczesnych godzinach świątecznego poranka 2019, eksperyment w końcu doszedł do skutku. Wpadliśmy na pomysł dodania dodatkowej wiązki laserowej, aby rozwiązać ostatni problem techniczny, i natychmiast każde zrobione przez nas zdjęcie pokazało BEC , pierwsza ciągła fala BEC.”

Teraz, gdy pierwsza część lasera z ciągłym atomem została zrealizowana – część z „ciągłym atomem” – została stworzona, zespół stwierdził, że następnym krokiem jest utrzymanie stałej wiązki atomowej. Mogą to osiągnąć, przenosząc atomy do stanu nieograniczonego, wydobywając w ten sposób falę materii rozproszonej.

Powiedzieli, że wykorzystali atomy strontu, popularnego wyboru dla BEC, co otwiera ekscytujące możliwości. Interferometria atomowa z BEC strontu może być wykorzystywana na przykład do badań w zakresie teorii względności i mechaniki kwantowej lub do wykrywania fale grawitacyjne.

„Nasz eksperyment jest analogiem fali materialnej lasera optycznego o fali ciągłej z całkowicie odblaskowymi lustrami wnęk” Naukowcy napisali w swoim artykule.

„Ta demonstracja sprawdzająca zasadę zapewnia brakujący dotychczas element optyki atomowej, który umożliwia budowę urządzeń z koherentną falą ciągłą”.

Wyszukiwanie zostało opublikowane w charakter temperamentu.