В статье, опубликованной в октябре. В 5 выпуске Physical Review Letters команда физиков из Чикагского университета объясняет, как настроить лазер так, чтобы атомы притягивались или отталкивались друг от друга в экзотическом состоянии вещества, называемом конденсатом Бозе-Эйнштейна.
«Это реализует цель, которую преследовали последние 20 лет», — сказал Ченг Чин, профессор физики Чикагского университета, возглавлявший группу. «Этот изысканный контроль над взаимодействиями в системе многих тел имеет большой потенциал для исследования экзотических квантовых явлений и разработки новых квантовых устройств."
Многие исследовательские группы в США и Европе пробовали различные идеи за последнее десятилетие. Первое практическое решение придумал Логан Кларк, аспирант в группе Чина.
Теперь он продемонстрировал идею в лаборатории с атомами цезия, охлажденными до температуры, составляющей всего миллиардные доли градуса выше абсолютного нуля, и этот метод может быть широко применен к другим атомным видам.
Кларк сравнил этот процесс с игрой в бильярд, когда один шар сталкивается с другим. «Обычно, как только поверхности соприкасаются, шары отталкиваются друг от друга и отскакивают», — сказал Кларк. В лаборатории Чина атомы цезия заменяют бильярдные шары, и обычно они отталкиваются друг от друга при столкновении.
Но, включив лазер, работая на «магической» длине волны, Кларк показал, что отталкивание между атомами может быть преобразовано в притяжение.
«Атомы демонстрируют удивительное поведение в этой системе», — сказал он. Воздействуя на разные части образца лазерным лучом разной интенсивности, "мы можем заставить атомы притягиваться или отталкиваться друг от друга или проходить сквозь друг друга, не сталкиваясь"."
В качестве альтернативы, осциллируя их взаимодействия, аналогично тому, как бильярдные шары быстро растут и сжимаются во время катания, атомы прилипают друг к другу попарно.
Исследователи объяснили два основных способа, которыми лазеры влияют на движение атомов. Один из них — создать потенциалы, такие как выпуклость или впадина на бильярдном столе, пропорциональные интенсивности лазера. Новый способ — изменить способ столкновения бильярдных шаров.
«Мы хотим, чтобы наш лазер контролировал столкновения, но мы не хотим, чтобы он создавал холмы или долины», — сказал Кларк. Когда лазер настроен на «волшебную длину волны», луч не создает холмов или долин, а влияет только на столкновения.
«Это потому, что магическая длина волны находится между двумя возбужденными состояниями атома, поэтому они« волшебным образом »нейтрализуют друг друга», — сказал он.
Магия — понятие, которому нет места в науке, хотя это слово довольно часто используется физиками-атомщиками. «Обычно он используется для обозначения длины волны, на которой два эффекта компенсируются или равны, в частности, когда это отмена или равенство полезны для некоторой технологической цели», — сказал Кларк.