Atomer klædt med lys viser nye interaktioner, kunne afsløre måde at observere gådefulde partikler på

I et betydeligt gennembrud har fysikere opdaget, at de grundlæggende byggesten i stof - atomer klædt med laserlys - kan udvise unikke interaktioner, der ikke observeres i deres naturlige tilstand. Denne opdagelse, rapporteret i tidsskriftet Nature Physics, baner vejen for potentielle anvendelser inden for kvanteberegning og udforskningen af ​​fundamentale partikler kendt som axioner.

Når atomer interagerer med laserlys, bliver de "klædt" med fotoner, hvilket skaber kvasipartikler kendt som klædte atomer eller "klædte tilstande." Disse klædte atomer har ændrede egenskaber, herunder modificerede energiniveauer og interaktioner.

Forskerholdet, ledet af fysikere fra University of Basel, Max Planck Institute of Quantum Optics og Swiss Nanoscience Institute, udførte præcise målinger på fangede cæsiumatomer belyst med laserlys. Ved omhyggeligt at kontrollere laserens frekvens, intensitet og polarisering observerede de fremkomsten af ​​nye atom-atom-interaktioner medieret af laserfotonerne.

Overraskende nok afhang disse interaktioner af laserlysets specifikke egenskaber. For eksempel fandt forskerne ud af, at de klædte atomer kunne udvise frastødende eller tiltrækkende kræfter, afhængigt af laserens polarisering og afstemning (frekvensforskel mellem laser- og atomovergangen).

"Vores resultater viser, at lys kan manipulere ikke kun den indre struktur af atomer, men også deres interaktioner med hinanden," sagde Dr. Lukas Bruder, en forsker ved University of Basel og Max Planck Institute of Quantum Optics. "Dette åbner op for nye veje til at designe kvantesystemer med skræddersyede interaktioner, som kunne være relevante for kvantesimuleringer og kvanteinformationsbehandling."

Desuden undersøgte holdet de potentielle anvendelser af klædte atomer til at søge efter axioner, hypotetiske partikler, der er kandidater til mørkt stof. Aksioner forudsiges at interagere med fotoner, og de unikke egenskaber af klædte atomer kan øge følsomheden af ​​aksionsdetektionseksperimenter.

"De modificerede atom-atom-interaktioner i påklædte atomer kunne give en ny platform for aksionssøgninger," sagde professor Dr. Philipp Treutlein fra University of Basel. "Vores resultater kunne inspirere fremtidige eksperimenter designet til direkte at detektere aksioner og kaste lys over naturen af ​​mørkt stof."

Undersøgelsen fremhæver den rige fysik og potentielle anvendelser af klædte atomer på forskellige områder, herunder kvantesimulering, kvanteinformationsbehandling og udforskning af fundamentale partikler. Yderligere forskning på dette felt kunne afdække endnu mere bemærkelsesværdige fænomener og indsigt i kvanteverdenen.