فیزیک

پرتو لیزر جدید «پیچ خورده» می‌تواند اتم‌های فوق‌سرد را به شکل‌های غیرمعمول تبدیل کند

پرتو لیزر جدید «پیچ خورده» می‌تواند اتم‌های فوق‌سرد را به شکل‌های غیرمعمول تبدیل کند

اجرای اتم‌ها به انجام آنچه می‌خواهید آسان نیست – اما در قلب بسیاری از تحقیقات پیشگامانه در فیزیک قرار دارد.

ایجاد و کنترل رفتار اشکال جدید ماده از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. و یک حوزه تحقیقاتی فعال.

مطالعه جدید ما، منتشر شده در Physical Review Letters، یک روش کاملاً جدید برای مجسمه سازی اتم های فوق سرد به اشکال مختلف با استفاده از نور لیزر کشف کرده است.

اتم های فوق سرد، تا دمای نزدیک به صفر مطلق (-۲۷۳ درجه سانتیگراد) خنک می شوند. ) برای محققان بسیار جالب است زیرا به آنها اجازه می دهد پدیده های فیزیکی را ببینند و کشف کنند که در غیر این صورت غیرممکن بود.

در این دماها، سردتر از فضای بیرونی، گروه هایی از اتم ها وضعیت ماده (جامد، مایع یا گاز نیست) شناخته شده است به عنوان میعانات بوز-اینشتین (BEC). در سال ۲۰۰۱، فیزیکدانان جایزه نوبل را برای تولید چنین میعاناتی دریافت کردند.

ویژگی تعیین کننده یک BEC این است که اتم های آن رفتار بسیار متفاوتی با آنچه ما معمولاً انتظار داریم انجام می دهند. به جای اینکه به عنوان ذرات مستقل عمل کنند، همه آنها انرژی یکسان (بسیار کم) دارند و با یکدیگر هماهنگ هستند.

این شبیه تفاوت بین فوتون ها (ذرات نور) است که از خورشید می آیند، که ممکن است دارای طول موج های مختلف (انرژی) هستند و به طور مستقل نوسان می کنند، و آنهایی که در پرتوهای لیزر هستند، که همگی دارای طول موج یکسان هستند و با هم نوسان می کنند.

در این حالت جدید ماده، اتم ها بسیار شبیه به یک واحد عمل می کنند. ساختار موج مانندی نسبت به گروهی از ذرات منفرد.

محققان توانسته اند الگوهای تداخل موج مانند را بین دو BEC مختلف نشان دهند و حتی “قطرات BEC” متحرک را تولید کنند. می توان دومی را معادل اتمی پرتو لیزر در نظر گرفت.

قطرات متحرک

در جدیدترین مطالعه ما که با همکاران ما انجام شد گوردون راب و Gian-Luca Oppo، بررسی کردیم که چگونه می توان از پرتوهای لیزری با شکل خاص برای دستکاری استفاده کرد. اتم های فوق سرد یک BEC.

ایده استفاده از نور برای جابجایی اجسام جدید نیست: وقتی نور بر روی جسمی می افتد، می تواند نیروی (بسیار کوچک) اعمال کند. این فشار تشعشعی اصل پشت ایده بادبان های خورشیدی، که در آن نیروی اعمال شده توسط نور خورشید بر آینه های بزرگ می تواند برای به حرکت درآوردن یک فضاپیما در فضا استفاده شود.

اما در این مطالعه، ما از نوع خاصی از نور استفاده کردیم که قادر به حرکت در فضا است. نه فقط “فشار” اتم ها، بلکه چرخاندن آنها به اطراف، کمی شبیه به “آچار نوری”.

این پرتوهای لیزر مانند حلقه‌های روشن (یا دونات‌ها) به‌جای لکه‌ها به نظر می‌رسند و یک جبهه موج پیچ خورده (مارپیچ) دارند، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است.

An illustration of twisted purple-colored light waves.
حرکت زاویه‌ای مداری حامل نور (OAM، m) در حین حرکت «می‌پیچد». (گرنت هندرسون و آلیسون یائو)

در شرایط صحیح، هنگامی که چنین نور پیچ‌خورده‌ای به یک BEC متحرک تابیده می‌شود، اتم‌های موجود در آن ابتدا به سمت حلقه درخشان جذب می‌شوند قبل از اینکه به دور آن بچرخند. .

هنگامی که اتم‌ها می‌چرخند، نور و اتم‌ها شروع به تشکیل قطرات می‌کنند که قبل از پرتاب شدن به سمت بیرون، دور از حلقه، به دور جهت اصلی پرتو لیزر می‌چرخند.

تعداد قطرات قطرات برابر با دو برابر تعداد پیچش های نور است. با تغییر تعداد یا جهت پیچش ها در پرتو لیزر اولیه، کنترل کاملی بر تعداد قطرات تشکیل شده و سرعت و جهت چرخش بعدی آنها داشتیم (تصویر زیر را ببینید).

An illustration depicting light moving into BEC.

نور پیچ خورده به یک BEC در حال حرکت می تابد و قبل از شکستن آن به تعدادی قطرات BEC که قبل از آزاد شدن و پیچیدن به دور جهت نور می چرخند، آن را به صورت حلقه در می آورد. (گرنت هندرسون و آلیسون یائو)

ما حتی می‌توانیم از خروج قطرات اتمی از حلقه جلوگیری کنیم به طوری که آنها برای مدت طولانی‌تری به مدار خود ادامه دادند و نوعی جریان اتمی فوق سرد تولید کردند.

جریان های اتمی فوق سرد

این رویکرد تابش نور پیچ خورده از طریق اتم های فوق سرد، راه جدید و ساده ای را برای کنترل و مجسمه سازی مواد به شکل های غیرمتعارف و پیچیده بیشتر باز می کند.

یکی. یکی از هیجان انگیزترین کاربردهای بالقوه BECها، تولید “مدارهای اتمترونیک” است، که در آن امواج ماده فوق سرد اتم‌ها توسط میدان‌های نوری و/یا مغناطیسی هدایت و دستکاری می‌شوند تا معادل‌های پیشرفته‌ای از مدارها و دستگاه‌های الکترونیکی مانند ترانزیستورها و دیودها را تشکیل دهند.

توانایی دستکاری مطمئن شکل BEC در نهایت به ایجاد مدارهای اتمترونیک کمک می‌کند.

اتم های فوق سرد ما، در اینجا مانند یک “دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا اتمترونیک”، این پتانسیل را دارد که دستگاه‌های بسیار برتری نسبت به الکترونیک معمولی ارائه کند.

به این دلیل است که اتم‌های خنثی منجر به کاهش کمتری می‌شوند. از دست دادن اطلاعات نسبت به الکترون هایی که به طور معمول جریان را تشکیل می دهند. ما همچنین این توانایی را داریم که ویژگی‌های دستگاه را آسان‌تر تغییر دهیم.

اما جالب‌تر از همه، این واقعیت است که روش ما به ما امکان تولید مدارهای اتمترونیک پیچیده‌ای را می‌دهد که طراحی آن‌ها با حالت عادی غیرممکن است. مواد.

این می تواند به طراحی حسگرهای کوانتومی بسیار قابل کنترل و قابل تنظیم مجدد کمک کند که قادر به اندازه گیری میدان های مغناطیسی کوچک هستند که در غیر این صورت غیرقابل اندازه گیری هستند.

چنین حسگرهایی در زمینه هایی از تحقیقات اولیه فیزیک گرفته تا کشف مواد جدید یا اندازه گیری سیگنال های مغز مفید خواهد بود.The Conversation

گرنت هندرسون، کاندیدای دکترای فیزیک، دانشگاه Strathclyde و الیسون یائو، مدرس ارشد فیزیک، دانشگاه Strathclyde

این مقاله تحت مجوز Creative Commons از مکالمه بازنشر می شود. مقاله اصلی را بخوانید.

محمدرضا حفظی

رنجیدم ولی تهش خیلی شیک خندیدم گول اونایی که تظاهر میکنن رو نخور چون پشت سفیدی ،سیاهی قرار داره

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا