ساخت لیزر اتمی که می‌تواند برای همیشه کار کند

فرارو- یک پیشرفت جدید به فیزیکدانان اجازه داده تا پرتوی از اتم‌ها را ایجاد کنند که رفتاری مشابه لیزر دارد و از نظر تئوری می‌تواند برای همیشه کار کند.

به گزارش فرارو، لیزر‌های اتمی، چیز جدیدی نیستند و اولین لیزر اتمی توسط تیمی از فیزیکدانان MIT در سال ۱۹۹۶ ساخته شد. با این همه، این نوع لیز‌ها دوام بسیار کوتاهی دارند و کمتر از یک دقیقه در اطراف باقی می‌مانند. دانشمندان سالهاست تلاش دارند تا نوع پایدارتری از این لیزر را تولید کنند تا شاید روزی بتوان از آن برای آزمایش ثابت‌های فیزیکی اساسی و فناوری دقیق مهندسی استفاده کرد.

در ساخت لیزر اتمی حالتی از ماده به نام میعان بوز-اینشتین یا BEC وجود دارد که اهمیت اساسی دارد. یک BEC با سرد کردن ابری از بوزون‌ها تا کسری بالاتر از صفر مطلق ایجاد می‌شود. در چنین دما‌های پایینی، اتم‌ها بدون توقف کامل به پایین‌ترین حالت انرژی ممکن فرو می‌روند. هنگامی که آن‌ها به این انرژی‌های پایین می‌رسند، خواص کوانتومی ذرات دیگر نمی‌توانند با یکدیگر تداخل داشته باشند. آن‌ها به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک می‌شوند تا به نوعی همپوشانی داشته باشند و در نتیجه ابری از اتم‌ها با چگالی بالا ایجاد می‌شود که مانند یک «ابر اتم» یا موج ماده رفتار می‌کند.

با این حال، BEC‌ها چیزی شبیه به یک پارادوکس هستند. آن‌ها بسیار شکننده هستند و حتی نور نیز می‌تواند یک BEC را از بین ببرد. با توجه به اینکه اتم‌های یک BEC با استفاده از لیزر‌های نوری خنک می‌شوند، این معمولاً به این معنی است که بقای BEC زودگذر است. بنابراین، لیزر‌های اتمی که دانشمندان تا به امروز موفق به دستیابی به آن‌ها شده اند، از انواع پالسی بوده اند و نه پیوسته که شامل شلیک فقط یک پالس قبل از تولید BEC جدید است.

به منظور ایجاد یک BEC مداوم، تیمی از محققان در دانشگاه آمستردام در هلند متوجه شدند که چیزی باید تغییر کند. در آزمایش‌های قبلی، خنک‌سازی تدریجی اتم‌ها، در یک مکان انجام می‌شد. در آزمایش جدید، اما تصمیم گرفته شد، مراحل خنک‌سازی را نه در طول زمان، بلکه در فضا پخش کنند. فلوریان شرک، فیزیکدان دانشگاه آمستردام گفت: «با این روش خنک سازی BEC ها، یک یک رود پایدار و مدوام از آن‌ها خواهیم داشت که پیوسته جای یکدیگر را پر می‌کنند. به این ترتیب، ما می‌توانیم روند را اساساً برای همیشه ادامه دهیم.»

به گفته این دانشمندان، تداخل سنجی اتمی با استفاده از BEC‌های استرانسیوم، می‌تواند برای انجام تحقیقات نسبیت و مکانیک کوانتومی یا تشخیص امواج گرانشی مورد استفاده قرار گیرد. نتایج این تحقیق در نشریه معتبر Nature منتشر شده است.

منبع: sciencealert

ترجمه: مصطفی جرفی-فرارو