Kvanteringe i laserlysets greb

Ultrakolde atomer fanget i passende forberedte optiske fælder kan indrette sig i overraskende komplekse, hidtil ikke observerede strukturer, ifølge forskere fra Institute of Nuclear Physics ved det polske videnskabsakademi i Krakow. I tråd med deres seneste forudsigelser, materie i optiske gitter skal danne træk- og inhomogene kvanteringe på en kontrolleret måde.

Et optisk gitter er en struktur bygget af lys, dvs. elektromagnetiske bølger. Lasere spiller en central rolle i konstruktionen af ​​sådanne gitter. Hver laser genererer en elektromagnetisk bølge med strengt definerede, konstante parametre, der næsten kan ændres vilkårligt. Når laserstrålerne matcher korrekt, det er muligt at oprette et gitter med velkendte egenskaber. Ved overlapning af bølger, mindste potentiale kan opnås, hvis arrangement muliggør simulering af de systemer og modeller, der er velkendte fra solid state fysik. Fordelen ved sådanne forberedte systemer er den relativt enkle måde at ændre positioner på disse minima, hvad i praksis betyder muligheden for at forberede forskellige typer gitter.

"Hvis vi introducerer passende udvalgte atomer i et rumområde, der er blevet forberedt på denne måde, de vil samles på steder med potentielle minima. Imidlertid, der er en vigtig betingelse:atomerne skal afkøles til ultralave temperaturer. Først da vil deres energi være lille nok til ikke at bryde ud af den subtile forberedte fælde, "forklarer Dr. Andrzej Ptok fra Institute of Nuclear Physics fra det polske videnskabsakademi (IFJ PAN) i Krakow.

Strukturer dannet af atomer (eller grupper af atomer) fanget i det optiske gitter ligner krystaller. Afhængigt af laserstrålernes konfiguration, de kan være en-, to- eller tredimensionelle. I modsætning til krystaller, de er fejlfrie. Hvad mere er, mens i krystaller er muligheden for at ændre strukturen af ​​gitteret ubetydelig, optiske gitter er ret nemme at konfigurere. Alt, hvad der er nødvendigt for at ændre laserlysets egenskaber eller strålernes skærevinkler. Disse funktioner gør optiske gitter populære som kvantesimulatorer. De kan bruges til at gengive forskellige rumlige konfigurationer af atomer eller grupper af atomer, herunder også dem, der ikke findes i naturen.

I deres forskning, forskerne fra IFJ PAN arbejder med fangede atomer i optiske gitter. Grupper af fermioner, dvs. atomer med 1/2 spin (spin er en kvantefunktion, der beskriver partiklernes rotation) blev placeret på deres steder. På hvert sted havde et bestemt antal atomer spinet orienteret i en retning (op), og resten - i den modsatte retning (ned). Ændring af interaktion mellem atomer på en sådan måde, at den er attraktiv, fører til oprettelse af par af atomer, som svarer til Cooper -parene i supraledere - elektronpar med modsatte spins på det samme gittersted.

"Parametrene for det optiske gitter kan bruges til at påvirke interaktionen mellem atomer i forskellige spin, der er fanget på individuelle steder. Desuden er på en sådan måde kan en stat forberedes, som efterligner anvendte eksterne magnetfelter på systemet. Det er givet ved at kontrollere proportionerne mellem antallet af atomer i forskellige spin, "siger Dr. Konrad J. Kapcia fra IFJ PAN og bemærker, at systemer, der er forberedt på denne måde, kan gengive virkningerne af relativt store magnetfelter uden at skulle bruge disse felter." Dette er muligt, fordi vi ved, hvordan et givet magnetfelt vil påvirke forskellen mellem antallet af partikler med modsatte spins, "forklarer forskere.

Ifølge de forudsigelser fra de krakowbaserede fysikere, en interessant faseseparation bør finde sted i systemer forberedt på denne måde. Som resultat, kerneskalstruktur dannet af stof fanget i et optisk gitter, en kerne af parrede atomer i en fase, omgivet af en skal af parrede atomer fra den anden fase, automatisk dannes.

"Hele situationen kan repræsenteres ved et velsmagende eksempel. Forestil dig en tallerken ris med en tyk sauce. Ved korrekt tilberedning af tallerkenen, vi kan påvirke den relative position mellem ris og saucen. For eksempel, vi kan forberede systemet på en sådan måde, at risene vil være i midten, mens sovsen danner en ring omkring den. Af de samme ingredienser kan vi også konstruere det omvendte system:i midten af ​​tallerkenen vil der være saucen omgivet af en ring af ris. I vores tilfælde, pladen er den optiske fælde med atomer og deres par, og ris og sauce er de to faser, gruppering af forskellige typer atompar, "Dr. Ptok beskriver.

Fysikernes arbejde fra IFJ PAN, udgivet i Videnskabelige rapporter , er af teoretisk karakter. På grund af deres enkelhed, imidlertid, de beskrevne systemer med ultrakølede atomer i optiske fælder kan hurtigt verificeres i laboratorieforsøg. Fysikere fra IFJ PAN forudsagde, at ultrakølede atomer fanget i optiske gitter kan danne kvanteringe med en inhomogen struktur.