Fizikçiler 'Sonsuza Kadar' Çalışabilen Bir Atom Lazeri Yaptılar

Yeni bir buluş, fizikçilerin bir lazerle aynı şekilde davranan ve teorik olarak "sonsuza kadar" kalabilen bir atom demeti yaratmasını sağladı.

Buluş, önemli sınırlamalar hala geçerli olmasına rağmen, bu yeni teknolojinin pratik uygulamaya doğru yolda olduğu anlamına gelebilir.

Bununla birlikte, bu, bir gün temel fiziksel sabitleri ve mühendislik hassas teknolojisini test etmek için kullanılabilecek tek bir dalga olarak atomlardan oluşan bir ışın olan "atom lazeri" diye bildiğimiz şey için ileriye doğru atılmış büyük bir adımdır.

İlk atom lazeri, 1996 yılında MIT fizikçilerinden oluşan bir ekip tarafından yaratıldı. Konsept kulağa oldukça basit geliyor: Tıpkı geleneksel ışık tabanlı bir lazerin dalgalarıyla senkronize hareket eden fotonlardan oluşması gibi, atomlardan oluşan bir lazer de kendi dalgalarına ihtiyaç duyacaktır.

Ancak bilimdeki pek çok şeyde olduğu gibi, kavramsallaştırmak, gerçekleştirmekten daha kolaydır. Atom lazerinin kökünde, Bose-Einstein yoğunlaşması veya BEC adı verilen bir madde durumu vardır.

Bir BEC, bir bozon bulutunun mutlak sıfırın sadece bir kısmına soğutulmasıyla oluşturulur. Böyle düşük sıcaklıklarda, atomlar tamamen durmadan mümkün olan en düşük enerji durumuna düşer.

Bu düşük enerjilere ulaştıklarında parçacıkların kuantum özellikleri artık birbiriyle etkileşemez; üst üste binmek için birbirlerine yeterince yakın hareket ederler, bu da bir "süper atom" veya madde dalgası gibi davranan yüksek yoğunluklu bir atom bulutuyla sonuçlanır.

Ancak, BEC'ler bir tür paradokstur. Çok kırılgandırlar; ışık bile bir BEC'yi yok edebilir. Bir BEC'deki atomların optik lazerler kullanılarak soğutulduğu göz önüne alındığında, bu genellikle bir BEC'nin varlığının kısacık olduğu anlamına gelir.

Bilim insanlarının bugüne kadar elde etmeyi başardıkları atom lazerleri, sürekli çeşitlilikten ziyade darbeli olmuştur ve yeni bir BEC'nin oluşturulması gerekmeden önce yalnızca bir darbenin atılmasını içerir.

Sürekli bir BEC oluşturmak için Hollanda'daki Amsterdam Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi, bir şeylerin değişmesi gerektiğini fark etti.

Florian Schreck  "Önceki deneylerde, atomların kademeli olarak soğutulması tek bir yerde yapıldı. Kurulumumuzda, soğutma adımlarını zamana değil uzaya yaymaya karar verdik: ardışık soğutma adımlarında ilerlerken atomları hareket ettiriyoruz," diyerek durumu açıkladı. "Sonunda, ultra soğuk atomlar, bir BEC'de tutarlı madde dalgaları oluşturmak için kullanılabilecekleri deneyin kalbine ulaşır. Ancak bu atomlar kullanılırken, yeni atomlar zaten BEC'yi yenileme yolundadır. Bu şekilde süreci devam ettirebiliriz – aslında teorik sonsuza kadar."

Bu 'deneyin kalbi', BEC'yi ışıktan koruyan bir tuzaktır, deney çalıştığı sürece sürekli olarak doldurulabilen bir rezervuardır.

BEC'yi soğutma lazerinin ürettiği ışıktan korumak, teoride basit olsa da, pratikte biraz daha zordu. Sadece teknik engeller değil, bürokratik ve idari engeller de vardı.

Araştırmayı yöneten fizikçi Chun-Chia Chen, "2013'te Amsterdam'a taşındığımızda, bir inanç sıçraması, ödünç alınan fonlar, boş bir oda ve tamamen kişisel bağışlarla finanse edilen bir ekiple başladık" dedi. "Altı yıl sonra, 2019 Noel sabahının erken saatlerinde, deney nihayet çalışmanın eşiğindeydi. Son bir teknik zorluğu çözmek için fazladan bir lazer ışını ekleme fikrimiz vardı ve çektiğimiz her görüntü anında bir BEC gösterdi. , ilk sürekli dalga BEC."

Sürekli atom lazerinin ilk kısmı – “sürekli atom” kısmı – gerçekleştirildiğine göre, ekip, bir sonraki adımın kararlı bir atom ışını sürdürmek üzerinde çalıştığını söyledi. Bunu, atomları yakalanmamış bir duruma aktararak ve böylece yayılan bir madde dalgası çıkararak başarabilirlerdi.

Araştırmacılar makalelerinde "Deneyimiz, tamamen yansıtıcı boşluklu aynalara sahip sürekli dalgalı bir optik lazerin madde dalgası analoğudur" diye yazdı.

Araştırma Nature'da yayınlandı.