Kollision af individuelle atomer fører til dobbelt ændring af vinkelmoment

Takket være ny teknologi, det er muligt at beholde individuelle atomer, flytte dem på en målrettet måde eller ændre deres tilstand. Kaiserslautern fysikere arbejder også med dette system. I en nylig undersøgelse, de undersøgte konsekvenserne af kollisionen af ​​to atomer i et svagt magnetfelt ved lav temperatur. For første gang har de opdaget, at atomer, bærer deres vinkelmoment i individuelle pakker (quanta), derved bytte to pakker. Det blev også vist, at interaktionsstyrken mellem atomerne kan kontrolleres. Dette er af interesse for undersøgelse af kemiske reaktioner, for eksempel. Avisen blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Indtil for et par årtier siden var det utænkeligt for fysikere at udføre forsøg med individuelle atompartikler. Erwin Schrödinger, en af ​​pionererne inden for moderne kvanteteori, forventede "latterlige konsekvenser" af denne idé og beskrev den som ligeledes sandsynlig til at opdrage en Ichtyosaurus -dinosaur i en zoologisk have. Imidlertid, fremskridt inden for laserteknologi og atomfysik i dag gør eksperimenter med individuelle atomer mulige.

Fysikere omkring professor Artur Widera og hans doktorand Felix Schmidt ved Technische Universität Kaiserslautern (TUK) arbejder også på dette emne i forskergruppen Individual Quantum Systems. De er afhængige af et såkaldt Bose-Einstein-kondensat bestående af rubidiumatomer. "I fysikken, dette refererer til en tilstand af stof, der kan sammenlignes med flydende og gasformige tilstande. Imidlertid, sådan et kondensat er en perfekt kvantemekanisk tilstand, der opfører sig som en bølge, "siger professor Widera. Kondensatet kan sammenlignes med en gas, der består af meget få atomer.

I en nylig undersøgelse, sammen med professor Eberhard Tiemann fra Gottfried Wilhelm Leibniz Universitet i Hannover, de undersøgte virkningerne af et enkelt cæsiumatom, der ramte et rubidiumatom. For at observere partiklerne, forskerne skal først afkøle dem til temperaturer lige over det absolutte nul. "Vi brugte derefter optisk pincet til at bringe atomerne i kontakt med hinanden, "siger Felix Schmidt. Under denne proces, atomer bevares ved hjælp af laserstråler. Forskerne har nu tilføjet et enkelt cæsiumatom til rubidiumgassen for at måle, hvad der sker før og efter atomernes kollision.

Fysikerne observerede, hvordan partiklerne ændrer deres vinkelmoment under påvirkningen ved at måle tilstanden af ​​det enkelte cæsiumatom før og efter kollisionen. I atomer, partiklernes vinkelmoment er til en vis grad til stede i individuelle pakker-såkaldte elementære kvanta. Forskerne har nu observeret, at atomer kan udveksle to sådanne vinkelmoment -kvanta på samme tid i en enkelt påvirkning. Indtil nu, kun udveksling af en enkelt pakke (kvantiteter) er blevet observeret. "Dette er kun muligt, fordi vi gennemførte eksperimentet i et lavt magnetfelt, "siger Schmidt. Således, atomernes energi er så lav, at især interaktionen mellem de enkelte elementer bestemmer resultatet af påvirkningen. "Dette gør det muligt for to såkaldte elementære kvanter at blive transmitteret samtidigt, for eksempel for at vinkelmomentet ændres to gange, "fortsætter fysikeren.

Men forskerne observerede også en anden effekt. "Det svage magnetfelt og den lave kinetiske energi resulterer i, at atomerne interagerer med hinanden tusind gange større end atomerne selv, selv på afstand, "Schmidt fortsætter. Ved at ændre magnetfeltets styrke, denne effekt kunne også kontrolleres. Effekten er direkte relateret til en meget stor og meget svagt bundet molekylær tilstand mellem de to partikler. "Vi var i stand til indirekte at observere et stort molekyle på omkring to mikrometer i størrelse, "sagde Schmidt.

Denne viden om interaktion mellem partikler ved meget lave energier kan, for eksempel, hjælpe med at undersøge bindinger i molekyler. De består af mindst to atomer, der er forbundet med interaktioner. Dette ville muliggøre, blandt andet, forberedelse og undersøgelse af meget store molekyler.