Fyzici tvrdí, že vyrobili atomový laser, který může fungovat „navždy“

Nový průlom umožnil fyzikům vytvořit paprsek atomů, který se chová stejně jako laser a teoreticky by mohl vydržet „navždy“.

To by konečně mohlo znamenat, že technologie je na cestě k praktickému uplatnění, i když stále existují významná omezení.

Je to však obrovský krok vpřed pro to, co je známé jako „atomový laser“ – jediný vlnový paprsek vyrobený z atomů, který by jednoho dne mohl být použit k testování základních fyzikálních konstant a mikroinženýrských technologií.

Kukuřičný laser je tu už minutu. První atomový laser vytvořil tým z MIT Fyzikové v roce 1996. Koncept se zdá docela jednoduchý: stejně jako tradiční lasery založené na světle se skládají z fotonů, které se pohybují synchronizovaně se svými vlnami, lasery vyrobené z atomů vyžadují, aby se jejich vlna podobala, než se smísí jako paprsek.

Nicméně, stejně jako u mnoha věcí ve vědě, je snazší si představy představit než je vnímat. V kořenu atomu laseru je a stav hmoty volala Bose-Einsteinův kondenzátornebo BEC.

BEC je generován cloudovým chlazením z bosony na pouhý zlomek nad absolutní nulou. Při takto nízkých teplotách klesají atomy do nejnižšího možného energetického stavu, aniž by se úplně zastavily.

Když dosáhnou těchto nízkých energií, kvantové vlastnosti částic se nemohou vzájemně rušit; Dostanou se k sobě natolik blízko, že způsobí určitý druh interference, což má za následek vznik oblaku atomů s vysokou hustotou, který se chová jako jeden „superatom“ nebo hmotná vlna.

BEC jsou však trochu protimluv. Je velmi křehký. I světlo může zničit BEC. Vzhledem k tomu, že atomy v BEC jsou Chlazení optickým laseremto obvykle znamená, že BEC je efemérní.

Atomový laser, kterého se vědcům dosud podařilo dosáhnout, byl pulzní, nikoli univerzální; Zahrnuje pouze jeden puls, který je spuštěn, než je potřeba vytvořit nový BEC.

Aby bylo možné vytvořit kontinuální BEC, tým výzkumníků na univerzitě v Amsterdamu v Nizozemsku si uvědomil, že je třeba něco změnit.

„V předchozích experimentech se postupné ochlazování atomů provádělo na jednom místě. V našem nastavení jsme se rozhodli propagovat kroky ochlazování ne v čase, ale v prostoru: Atomy se pohybují tak, jak postupují v postupných ochlazovacích krocích,“ Fyzik Florian Schreck vysvětlil.

„Nakonec se ultrachladné atomy dostanou k jádru experimentu, kde mohou být použity k vytvoření koherentních hmotných vln v BEC. Ale při použití těchto atomů jsou nové atomy již na cestě k regeneraci BEC. tímto způsobem můžeme udržet proces v chodu – v podstatě navždy.“

Toto „srdce experimentu“ je past, která chrání BEC před světlem, nádrž, kterou lze po dobu experimentu průběžně doplňovat.

Nicméně ochrana BEC před světlem z chladicích laserů, i když je teoreticky jednoduchá, byla v praxi opět obtížnější. Byly zde nejen technické překážky, ale i překážky byrokratické a administrativní.

„Při přestěhování do Amsterdamu v roce 2013 jsme začali skokem víry, půjčenými penězi, prázdnou místností a plně financovaným týmem osobních grantů,“ Fyzik Chun Chia-chen řekl:který vedl pátrání.

„O šest let později, v časných ranních hodinách Vánoc 2019, byl experiment konečně na místě. Napadlo nás přidat další laserový paprsek, abychom vyřešili poslední technický problém, a každý snímek, který jsme pořídili, okamžitě ukázal BEC , první souvislá vlna BEC.“

Nyní, když byla dosažena první část laseru s kontinuálním atomem – část „kontinuálního atomu“ – tým řekl, že dalším krokem je udržení stabilního atomového paprsku. Mohou toho dosáhnout přesunem atomů do neomezeného stavu, a tím extrahovat vlnu difúzní hmoty.

Řekli, že použili atomy stroncia, oblíbenou volbu pro BEC, tato možnost otevírá vzrušující příležitosti. Atomovou interferometrii s BEC stroncia lze použít například pro výzkum relativity a kvantové mechaniky nebo pro detekci gravitační vlny.

„Náš experiment je materiálový vlnový analog kontinuálního vlnového optického laseru s plně reflexními dutinovými zrcadly,“ Výzkumníci napsali ve svém článku.

„Tato demonstrace principu poskytuje nový, dosud chybějící kus atomové optiky, umožňující konstrukci koherentních zařízení se spojitou vlnou.“

Hledání bylo zveřejněno v temperamentní povaha.