Physicists Build Atom Laser That Can Stay On Forever

Nabirajte valove koherentne snovi

Fiziki z univerze v Amsterdamu zgradijo atomski laser, ki bi lahko trajal večno. kredit: UVA

Danes si je težko predstavljati naše vsakdanje življenje brez laserja. Laserji se uporabljajo v tiskalnikih, CD predvajalnikih, merilnih instrumentih, kazalcih itd.

Kar naredi laserje tako posebne, je, da uporabljajo koherentne svetlobne valove: vsa svetloba v laserju vibrira v popolni sinhronizaciji. Medtem nam kvantna mehanika pravi, da je treba celo delce, kot so atomi, obravnavati kot valove. Posledično lahko gradimojedrski Laserji so sestavljeni iz koherentnih valov snovi. Toda ali lahko te valove snovi naredimo dokončne, tako da jih lahko uporabimo v aplikacijah?

v raziskavi, ki je bila objavljena v reviji Narava Ekipa fizikov z univerze v Amsterdamu je 8. junija pokazala, da je odgovor na to vprašanje pritrdilen.

Spraviti bosone v March in Sync

Koncept, na katerem temelji atomski laser, je t.i Bose-Einsteinov kondenzatAli na kratko BEC.

V naravi obstajata dve vrsti elementarnih delcev: fermioni in bozoni. Fermioni so delci, kot so elektroni in kvarki – gradniki snovi, iz katere smo narejeni. Bozoni so po naravi zelo različni: niso trdi kot fermioni, ampak so mehkejši: na primer brez težav se lahko premikajo drug skozi drugega. Najbolj znan primer bozona je foton, najmanjša možna količina svetlobe.

Delci snovi pa se lahko združijo tudi v bozone – pravzaprav se lahko celi atomi obnašajo kot delci svetlobe. Tisto, kar naredi bozone tako posebne, je, da so lahko vsi hkrati v istem položaju ali izraženi bolj tehničnih izrazov: lahko jih ‘zgostimo’ v koherenten val. Ko pride do te vrste kondenzacije za delce snovi, fiziki dobljeno snov imenujejo Bose-Einsteinov kondenzat.

valovi koherentne snovi

Srednji del poskusa, v katerem nastanejo koherentni valovi snovi. Sveži atomi (modri) odpadejo in se prebijejo v Bose-Einsteinov kondenzat v središču. Dejansko atomi niso vidni s prostim očesom. Schickl obdelava slike. kredit: UVA

V vsakdanjem življenju teh kondenzatov sploh ne poznamo. Razlog: Zelo težko je doseči, da bi se atomi obnašali enako za vse. Krivec, ki uniči sinhronizacijo, je temperatura: ko se snov segreje, se sestavni delci začnejo premikati naokoli, zaradi česar jih je skoraj nemogoče obravnavati enako. le pri izjemno nizkih temperaturah, nad milijoninko stopinje absolutna ničla (približno 273 stopinj spodaj na nič Celzija lestvici), ali bodo verjetno nastali valovi koherentne snovi BEC.

bežen izbruh

Pred četrt stoletja so v fizikalnih laboratorijih nastali prvi Bose-Einsteinovi kondenzati. To je odprlo možnost gradnje jedrskih laserjev – naprav, ki dobesedno proizvajajo žarke snovi – vendar so te naprave lahko delovale le zelo kratek čas. Laserji bi lahko generirali impulze materialnih valov, toda po pošiljanju takega impulza je bilo treba ustvariti nov BEC, preden je bilo mogoče poslati naslednji impulz.

Za prvi korak proti atomskemu laserju še vedno ni bilo slabo. Pravzaprav so bili običajni optični laserji ustvarjeni celo v impulzni različici, preden so jih fiziki lahko izdelali Neprekinjeno Laserji Toda medtem ko so bili optični laserji razviti zelo hitro, pri čemer je bil prvi neprekinjen laser izdelan v šestih mesecih po njegovem impulznem analogu, je neprekinjena različica za atomske laserje ostala nedosegljiva več kot 25 let.

Jasno je bilo, v čem je težava: BEC so zelo krhki in se hitro uničijo, ko svetloba pade nanje. Vendar je prisotnost svetlobe pomembna pri ustvarjanju kondenzata: da bi snov ohladili na milijoninko stopinje, je treba njene atome ohladiti z lasersko svetlobo. Posledično so bili BEC omejeni na bežne izbruhe, brez načina, da bi jih skladno vzdrževali.

božično darilo

Skupini fizikov z Univerze v Amsterdamu je zdaj uspelo rešiti težaven problem ustvarjanja neprekinjenega Bose-Einsteinovega kondenzata. Vodja ekipe Florian Schreck pojasnjuje, v čem je bil trik. “V prejšnjih poskusih je bilo postopno hlajenje atomov izvedeno na enem mestu. V naši nastavitvi smo se odločili, da korake hlajenja ne razširimo po času, ampak po prostoru: atome premikamo, medtem ko se neprekinjeno premikajo skozi hladilne korake. . gibljejo skozi medij. Končno ultrahladni atomi pridejo v središče eksperimenta, kjer jih je mogoče uporabiti za ustvarjanje koherentnih snovnih valov v BEC. Toda medtem ko se ti atomi uporabljajo, so novi atomi že na poti do napolnite BEC. Tako lahko nadaljujemo s postopkom – v bistvu za vedno.«

Čeprav je bila osnovna ideja razmeroma enostavna, je izvedba zagotovo ni bila. Chun-Chia Chen, prvi avtor publikacije v Nature, se spominja: “Že leta 2012 je ekipa – še vedno v Innsbrucku – spoznala tehniko, ki je omogočila zaščito BEC z lasersko hladilno svetlobo, s čimer je prvič omogočilo lasersko hlajenje lasersko hlajenje vse do degeneriranega stanja, ki je potrebno za koherentne valove. Čeprav je bil to pomemben prvi korak k dolgoletnemu izzivu izgradnje neprekinjenega atomskega laserja, je bilo tudi jasno, da ga je mogoče napredovati. Namenski stroj bi potrebno za odhod.

“Ko smo se preselili v Amsterdam leta 2013, smo začeli s preskokom vere, izposojenim denarjem, prazno sobo in ekipo, ki smo jo v celoti financirali z osebnimi donacijami. Šest let pozneje, v zgodnjih jutranjih urah božiča 2019, je bil eksperiment Končno Na robu dela. Imeli smo idejo, da bi dodali dodaten laserski žarek, da bi rešili zadnjo tehnično težavo, in takoj je vsaka slika, ki smo jo posneli, pokazala BEC, prvi BEC z neprekinjenim valovom.

Po reševanju dolgoletnega odprtega problema ustvarjanja neprekinjenega Bose-Einsteinovega kondenzata so se raziskovalci zdaj usmerili k naslednjemu cilju: uporabi laserja za ustvarjanje stalnega izhodnega žarka snovi. Ko bodo njihovi laserji ne le mogli večno delovati, ampak tudi proizvajati stabilne žarke, nič ne bo oviralo tehnoloških aplikacij in snovi lahko začnejo igrati enako pomembno vlogo v laserski tehnologiji, saj imajo trenutno običajni laserji.

Referenca: “Neprekinjena Bose-Einsteinova kondenzacija”, 8. junij 2022, avtor Chun-Chia Chen, Rodrigo González Escudero, Jiri Minaret, Benjamin Pasquio, Shayne Bennetts in Florian Schreck Narava,
DOI: 10.1038/s41586-022-04731-Z

READ  Posing a hefty problem for particle physics, a particle weighs in heavier than expected

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen.

Read also x