Τα συμπυκνώματα αποκτούν μεγαλύτερο χρόνο ζωής

Από σελίδα PhysicsWeb, 17 Μαίου 2002

Μια νέα γενεά "λέιζερ ατόμων" θα μπορούσε να είναι κοντά μετά από τη δημιουργία του πρώτου μόνιμου και σταθερού συμπυκνώματος Bose-Einstein από τους ερευνητές στις ΗΠΑ. Ο Wolfgang Ketterle και οι συνάδελφοι του στο Τεχνολογικό Ίδρυμα της Μασαχουσέτης (MIT) λένε ότι το επίτευγμά τους λύνει το μεγαλύτερο πρόβλημα στην ανάπτυξη ενός συνεχούς κύματος λέιζερ από άτομα. Οι φυσικοί θα μπορούσαν να ερευνήσουν θεμελιώδεις ιδιότητες της ύλης και του φωτός με τέτοιες συσκευές, οι οποίες θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές όπως η ατομική λιθογραφία και τα ατομικά ρολόγια. (Chikkatur και λοιποί, στο προσεχές τεύχος του Science).

Continual condensation (Movie: 71 KB)

Ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein είναι ένα εξαιρετικά ψυχρό νέφος ατόμων αερίου που βρίσκονται όλα στην ίδια κβαντική κατάσταση, και μπορεί επομένως να περιγραφεί από την ίδια κυματοσυνάρτηση. Αυτή η "συμφασική κατάσταση ατόμων" είναι ανάλογη με τη συμφασική κατάσταση των φωτονίων που εκπέμπονται από ένα συμβατικό λέιζερ. Τα τελευταία χρόνια, οι φυσικοί έχουν εκμεταλλευτεί αυτό το φαινόμενο για να κάνουν λέιζερ ατόμων που εκπέμπουν άτομα με συμφασικά κύματα de Broglie.

Προς το παρόν, αυτές οι συσκευές μπορούν να εκπέμψουν μόνο σύντομες ριπές συμφασικών ατόμων επειδή τα συμπυκνώματα σβήνουν πολύ γρήγορα. Αν και αυτά τα "παλλόμενα" λέιζερ ατόμων είναι πολύτιμα ερευνητικά εργαλεία, μια συσκευή που θα μπορούσε να εκπέμψει ένα συνεχές ρεύμα συμφασικών ατόμων θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Αλλά απαιτούνται συμπυκνώματα μεγαλύτερης διάρκειας για να έχουμε λέιζερ ατόμων συνεχών ακτίνων, και αυτά είναι δύσκολο να γίνουν επειδή είναι αδύνατο να δημιουργηθεί ένα νέο συμπύκνωμα μέσα σε ένα υπάρχον.

Για να δημιουργηθεί ένα συμπύκνωμα, τα άτομα "ψύχονται με εξάτμιση" από μια αρχική θερμοκρασία περίπου εκατό millikelvin σε μια τελική περίπου εκατό nanokelvin. Εάν αυτή η διαδικασία πραγματοποιηθεί σε ένα υπάρχον συμπύκνωμα, τα θερμότερα άτομα θα κατέστρεφαν το συμπύκνωμα. Αυτό σημαίνει ότι το νέο συμπύκνωμα πρέπει να δημιουργηθεί σε άλλη θέση και στη συνέχεια να προστεθεί στο υπάρχον. Μέχρι τώρα, έχει αποδειχθεί αδύνατο να κινηθούν και να συγχωνευθούν τα συμπυκνώματα κατ' αυτό τον τρόπο.

Τώρα όμως ο Ketterle και οι συνάδελφοι του έχουν υπερνικήσει αυτό το πρόβλημα με τη χρησιμοποίηση "οπτικών τσιμπίδων" για να μετακινήσουν ένα πρόσφατα κατασκευασμένο συμπύκνωμα από ένα "θάλαμο παραγωγής" σε έναν άλλο "θάλαμο εξέλιξης του πειράματος". Οι οπτικές τσιμπίδες αποτελούνται από ένα εστιασμένο λέιζερ που επάγει μια ηλεκτρική διπολική ροπή στα άτομα. Τα άτομα σύρονται έπειτα στο πυκνό μέρος του ηλεκτρικού πεδίου του λέιζερ. Αυτό μας επιτρέπει να μετακινήσουμε τα άτομα και να τα αποθέσουμε όπου θέλουμε, καθώς ανάβουμε το λέϊζερ, το εστιάζουμε σε άλλη θέση και το σβήνουμε.

Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική, η ομάδα του Ketterle, ανανέωνε σταθερά ένα συμπύκνωμα Bose, έτσι ώστε αυτό περιείχε μόνιμα πάνω από ένα εκατομμύριο άτομα Καλίου. Οι ίδιοι λένε ότι κάποιες ρυθμίσεις στο πείραμα μπορούν να μας δώσουν πάνω από εκατό εκατομμύρια άτομα στο συμπύκνωμα.

"Ένα συμπύκνωμα μόνιμο και σταθερό είναι το πιο κρίσιμο βήμα προς την ανάπτυξη ενός συνεχούς λέϊζερ από άτομα " είπε το μέλος της ομάδας Ananth Chikkatur προς το PhysicsWeb. Σύμφωνα με τον Chikkatur, υπάρχουν ήδη αρκετές τεχνικές για να βγάζουμε τα άτομα από το συμπύκνωμα και να δημιουργούμε μια δέσμη. "Κατ αρχήν μπορούμε ήδη να πετύχουμε κάτι τέτοιο," προσθέτει ο ίδιος.