Ученые впервые измерили состояние связи света и материи

Ученые впервые измерили состояние связи света и материи

С помощью лазерного луча можно поляризовать атомы так, чтобы они были заряжены положительно с одной стороны и отрицательно заряжены с другой. В результате они притягиваются друг к другу, создавая уникальное состояние связи, которое значительно слабее, чем связь между двумя атомами в конкретной молекуле, но все же поддается количественному определению. Лазерный луч, который можно представить как «молекулу» света и материи, каким-то образом дает поляризованным атомам возможность притягиваться друг к другу. но исследователи из Университета Инсбрука и Венского центра квантовых наук и технологий (VCQ) Венского технологического университета уже провели первое измерение этой необычной атомной связи. Они впервые создали особое состояние связи между атомами в лаборатории. Это взаимодействие можно использовать для манипулирования очень холодными атомами, а также оно может влиять на формирование молекул в космосе.

проф. Филипп Хаслингер, чьи исследования в Atominstitut Венского технического университета поддерживаются программой FWF START, сказал: «В электрически нейтральном атоме положительно заряженное атомное ядро ​​окружено отрицательно заряженными электронами, которые окружают атомное ядро ​​подобно облаку. Если теперь вы включите внешнее электрическое поле, это распределение заряда немного изменится».

«Положительный заряд немного смещается в одном направлении, отрицательный заряд немного смещается в другом направлении, у атома внезапно появляются положительная и отрицательная поляризованные стороны».

Создание эффекта поляризации с помощью лазерного света возможно, поскольку свет — это всего лишь быстро меняющееся электромагнитное поле. Свет поляризует все атомы (когда они расположены рядом друг с другом) одинаково — положительно слева и отрицательно справа, или наоборот. В любом случае два соседних атома направляют друг к другу разные заряды, создавая между собой силу.

Мира Майвегер из TU Wien, первый автор публикации, сказала: «Это очень слабая сила притяжения, поэтому нужно очень тщательно экспериментировать, чтобы измерить ее. Если атомы обладают большой энергией и быстро движутся, сила притяжения сразу исчезает. Вот почему было использовано облако ультрахолодных атомов».

Мира Майвегер из TU Wien, первый автор публикации, сказала: «Это очень слабая сила притяжения, поэтому нужно очень тщательно экспериментировать, чтобы измерить ее. Если атомы обладают большой энергией и быстро движутся, сила притяжения сразу исчезает. Вот почему было использовано облако ультрахолодных атомов».

Ученые использовали технику, в которой сначала захватили, а затем охладили атомы в магнитной ловушке на атомном чипе. Затем атомы выпускаются в свободное падение после выключения ловушки. Несмотря на то, что оно «сверххолодное» — с температурой менее одной миллионной доли Кельвина — облако атомов обладает достаточной энергией, чтобы расти осенью. Однако рост этого атомного облака замедляется, если во время этой фазы атомы поляризуются лазерным лучом, создавая между ними силу притяжения. Так измеряется сила притяжения.

Матиас Зоннлейтнер, заложивший теоретические основы эксперимента, сказал: «В поляризации отдельных атомов лазерными лучами нет ничего нового. Однако самое главное в нашем эксперименте заключается в том, что мы впервые получили контролируемую поляризацию нескольких атомов, создав между ними измеримую силу притяжения».

Филипп Хаслингер сказал: «Эта сила притяжения является дополнительным инструментом для управления холодными атомами. Но это может быть важно и в астрофизике: на просторах космоса малые силы могут играть существенную роль. Здесь мы смогли впервые показать, что электромагнитное излучение может создавать силу между атомами, что может помочь пролить новый свет на астрофизические сценарии, которые еще предстоит объяснить».

Ссылка на журнал:

    1. Мира Майвегер, Маттиас Зоннляйтнер и др. Наблюдение светоиндуцированных диполь-дипольных сил в ультрахолодных атомарных газах. Физика преп. X 12, 031018 — опубликовано 27 июля 2022 г. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018

    Похожие сообщения

    Оставить комментарий

    ошибка: