Ahli Fizik Mengatakan Mereka Telah Membina Laser Atom Yang Boleh Berjalan ‘Selama-lamanya’

Satu kejayaan baharu telah membolehkan ahli fizik mencipta pancaran atom yang berkelakuan sama seperti laser, dan secara teorinya boleh kekal “selama-lamanya”.

Ini akhirnya mungkin bermakna teknologi sedang dalam perjalanan ke aplikasi praktikal, walaupun pengehadan yang ketara masih dikenakan.

Namun begitu, ini merupakan satu langkah besar ke hadapan untuk apa yang dikenali sebagai “laser atom” – pancaran yang diperbuat daripada atom yang berarak sebagai gelombang tunggal yang suatu hari nanti boleh digunakan untuk menguji pemalar fizikal asas dan teknologi ketepatan kejuruteraan.

Laser atom telah wujud selama seminit. Laser atom pertama dicipta oleh pasukan MIT ahli fizik pada tahun 1996. Konsep ini kedengaran agak mudah: sama seperti laser berasaskan cahaya tradisional terdiri daripada foton yang bergerak dengan gelombangnya selaras, laser yang diperbuat daripada atom memerlukan sifat seperti gelombangnya sendiri untuk diselaraskan sebelum dikocok keluar sebagai pancaran.

Seperti banyak perkara dalam sains, bagaimanapun, ia lebih mudah untuk dikonsepkan daripada untuk direalisasikan. Pada akar laser atom ialah a keadaan jirim dipanggil a kondensat Bose-Einsteinatau BEC.

BEC dicipta dengan menyejukkan awan boson kepada hanya pecahan di atas sifar mutlak. Pada suhu yang begitu rendah, atom tenggelam ke keadaan tenaga yang paling rendah tanpa berhenti sepenuhnya.

Apabila mereka mencapai tenaga rendah ini, sifat kuantum zarah tidak lagi boleh mengganggu satu sama lain; mereka bergerak cukup dekat antara satu sama lain untuk menyusun pertindihan, menghasilkan awan atom berketumpatan tinggi yang berkelakuan seperti satu ‘atom super’ atau gelombang jirim.

Walau bagaimanapun, BEC adalah sesuatu yang paradoks. Mereka sangat rapuh; cahaya pun boleh memusnahkan BEC. Diberi bahawa atom dalam BEC ialah disejukkan menggunakan laser optikini biasanya bermakna kewujudan BEC adalah sekejap.

Laser atom yang telah berjaya dicapai oleh saintis setakat ini adalah daripada kepelbagaian berdenyut, bukannya berterusan; dan melibatkan penembakan hanya satu nadi sebelum BEC baharu perlu dijana.

Untuk mewujudkan BEC yang berterusan, satu pasukan penyelidik di Universiti Amsterdam di Belanda menyedari sesuatu yang perlu diubah.

“Dalam percubaan sebelumnya, penyejukan atom secara beransur-ansur semuanya dilakukan di satu tempat. Dalam persediaan kami, kami memutuskan untuk menyebarkan langkah penyejukan bukan dari masa ke masa, tetapi di ruang angkasa: kami membuat atom bergerak semasa ia maju melalui langkah penyejukan berturut-turut,” jelas ahli fizik Florian Schreck.

“Akhirnya, atom ultrasejuk tiba di tengah-tengah eksperimen, di mana ia boleh digunakan untuk membentuk gelombang jirim yang koheren dalam BEC. Tetapi semasa atom ini digunakan, atom baru sudah dalam perjalanan untuk menambah BEC. Dalam dengan cara ini, kita boleh meneruskan proses – pada asasnya selama-lamanya.”

‘Jantung percubaan’ itu ialah perangkap yang memastikan BEC terlindung daripada cahaya, takungan yang boleh diisi semula secara berterusan selagi percubaan berjalan.

Melindungi BEC daripada cahaya yang dihasilkan oleh laser penyejuk, walau bagaimanapun, walaupun mudah dalam teori, sekali lagi agak sukar dalam amalan. Bukan sahaja halangan teknikal, malah terdapat juga halangan birokrasi dan pentadbiran.

“Apabila berpindah ke Amsterdam pada 2013, kami bermula dengan lompatan kepercayaan, meminjam dana, bilik kosong, dan pasukan yang dibiayai sepenuhnya oleh geran peribadi,” kata ahli fizik Chun-Chia Chenyang mengetuai penyelidikan.

“Enam tahun kemudian, pada awal pagi Krismas 2019, percubaan akhirnya hampir berjaya. Kami mempunyai idea untuk menambah pancaran laser tambahan untuk menyelesaikan masalah teknikal terakhir, dan serta-merta setiap imej yang kami ambil menunjukkan BEC , BEC gelombang berterusan pertama.”

Memandangkan bahagian pertama laser atom berterusan telah direalisasikan – bahagian “atom berterusan” – langkah seterusnya, kata pasukan itu, sedang berusaha untuk mengekalkan rasuk atom yang stabil. Mereka boleh mencapai ini dengan memindahkan atom ke keadaan tidak terperangkap, dengan itu mengekstrak gelombang bahan merambat.

Kerana mereka menggunakan atom strontium, pilihan popular untuk BEC, prospek membuka peluang menarik, kata mereka. Interferometri atom menggunakan BEC strontium, sebagai contoh, boleh digunakan untuk menjalankan penyiasatan kerelatifan dan mekanik kuantum, atau mengesan gelombang graviti.

“Percubaan kami ialah analog gelombang jirim bagi laser optik gelombang berterusan dengan cermin rongga pemantul sepenuhnya,” penyelidik menulis dalam kertas kerja mereka.

“Demonstrasi bukti prinsip ini menyediakan sekeping optik atom baharu yang hilang sehingga kini, membolehkan pembinaan peranti gelombang jirim koheren berterusan.”

Penyelidikan telah diterbitkan dalam alam semula jadi.

We want to thank the author of this short article for this remarkable web content

Ahli Fizik Mengatakan Mereka Telah Membina Laser Atom Yang Boleh Berjalan ‘Selama-lamanya’


Check out our social media accounts and also other related pageshttps://paw6.info/related-pages/