 Физики в последние годы задавались вопросом - могут ли они контролировать то, как атомы взаимодействуют с помощью света. Теперь они могут это осуществить - демонстрируя своего рода квантовый бильярд с необычными новыми правилами. Команда физиков из университета Чикаго физиков объясняет, как настроить лазер, чтобы атомы притягивали или отталкивали друг друга в экзотическом состоянии вещества, называемого конденсатом Бозе-Эйнштейна.
Таким образом, физики достигли цели, которую они преследовали в течение последних 20 лет. Полученный изысканный контроль над взаимодействиями в системе многих тел имеет большой потенциал для исследования экзотических квантовых явлений и техники новых квантовых приборов.
Многие научно-исследовательские группы в Соединенных Штатах и Европе пытались использовать различные идеи на протяжении последнего десятилетия. Одним из них был Логан Кларк, аспирант университета, который пришел с первым практическим решением. В настоящее время он продемонстрировал идею в лаборатории с атомами цезия, охлажденными до температуры миллиардной градуса выше абсолютного нуля. Его техника может широко применяться с другими видами атомом.
Кларк сравнил процесс с игрой в бильярд, когда один шар сталкивается с другим. «Обычно, как только поверхности соприкасаются, шарики отталкиваются друг от друга и отскакивают в сторону», сказал Кларк. В исследовательской лаборатории атомы цезия заменяют бильярдные шары, и обычно они отталкиваются друг от друга при столкновении. Но с поворотом лазера при эксплуатации под «волшебной» длиной волны, Кларк показал, что отталкивание между атомами может быть преобразовано в притяжение.
«Атомы обладают увлекательным поведением в этой системе», сказал он. «Подвергая различные части образца лазером различной интенсивности, мы можем выбрать, чтобы сделать атомы притягивающимися или отталкивающимися друг от друга, или заставить их проходить сквозь друг друга без столкновений».
Кроме того, посредством качания их взаимодействий, аналогично тому, как бильярдные шары быстро увеличиваются и уменьшаются, пока они катятся, атомы прилипают друг к другу в парах.
Исследователи объяснили два основных способа, которыми лазеры оказывают влияние на движение атомов. Одним из них является создание потенциалов, подобно ударам на бильярдном столе, пропорциональных интенсивности лазерного излучения. Новый способ заключается в изменении того, как сталкиваются «бильярдные шары».
«Мы хотим, чтобы наш лазер контролировать столкновения, но мы не хотим создавать какие-либо холмы или долины», сказал Кларк. Когда лазер настроен на «волшебную волну», луч не создает холмы или долины, но влияет только на столкновения. Это происходит потому, что та длина волны находится между двумя возбужденными состояниями атома, так что они «волшебным» образом компенсируют друг друга».
Магия - это понятие, которое не имеет место в науке, хотя слово имеет довольно распространенное использование среди атомных физиков. «Обычно оно используется для обозначения длины волны, при которой два эффекта отменяются друг друга или становятся равными, в частности, когда эта отмена или равенство полезны в течение некоторой технологической цели», сказал Кларк.
|
