Fysikere gør laserstråler synlige i vakuum

En ny metode udviklet ved universitetet i Bonn forenkler ultrapræcis justering for kvanteoptiske eksperimenter.

En lysstråle kan kun ses, når den rammer stofpartikler og spredes eller reflekteres af dem. I et vakuum, imidlertid, det er usynligt. Fysikere ved universitetet i Bonn har nu udviklet en metode, der gør det muligt at visualisere laserstråler selv under disse forhold. Metoden gør det lettere at udføre den ultrapræcise laserjustering, der kræves for at manipulere individuelle atomer. Forskerne har nu præsenteret deres metode i tidsskriftet Fysisk gennemgang anvendt .

Når individuelle atomer interagerer med hinanden, de udviser ofte usædvanlig adfærd på grund af deres kvanteadfærd. Disse effekter kan, for eksempel, bruges til at konstruere såkaldte kvantecomputere, som kan løse visse problemer, som konventionelle computere kæmper med. Til sådanne forsøg imidlertid, det er nødvendigt at manøvrere individuelle atomer til præcis den rigtige position. "Vi gør dette ved hjælp af laserstråler, der fungerer som transportbånd af lys, så at sige, "forklarer Dr. Andrea Alberti, der ledede undersøgelsen ved Institute of Applied Physics ved University of Bonn.

Sådan et transportbånd af lys indeholder utallige lommer, som hver kan rumme et enkelt atom. Disse lommer kan flyttes frem og tilbage efter behag, tillader et atom at blive transporteret til et bestemt sted i rummet. Hvis du vil flytte atomerne i forskellige retninger, du har normalt brug for mange af disse transportbånd. Når flere atomer transporteres til det samme sted, de kan interagere med hinanden. For at denne proces kan finde sted under kontrollerede forhold, alle lommer på transportbåndet skal have samme form og dybde. "For at sikre denne homogenitet, laserne skal overlappe med mikrometerpræcision, "forklarer Gautam Ramola, undersøgelsens hovedforfatter.

En bønne på et fodboldstadion

Denne opgave er mindre triviel, end den lyder. For én ting, det kræver stor nøjagtighed. "Det er lidt som at skulle rette en laserpeger fra tribunerne på et fodboldstadion for at ramme en bønne, der er på kickoff -stedet, "Alberti præciserer." Men det er ikke alt - du er faktisk nødt til at gøre det med bind for øjnene. "Dette skyldes, at kvanteeksperimenter finder sted i et næsten perfekt vakuum, hvor laserstrålerne er usynlige.

Forskerne i Bonn brugte derfor atomerne selv til at måle udbredelsen af ​​laserstråler. "At gøre dette, vi ændrede først laserlyset på en karakteristisk måde - vi kalder det også elliptisk polarisering, "Forklarer Alberti. Når atomerne belyses af en laserstråle, der er forberedt på denne måde, de reagerer ved at ændre deres tilstand på en karakteristisk måde. Disse ændringer kan måles med en meget høj præcision.

"Hvert atom fungerer som en lille sensor, der registrerer strålens intensitet, "Alberti fortsætter." Ved at undersøge tusindvis af atomer forskellige steder, vi kan bestemme placeringen af ​​strålen inden for et par tusindedele af en millimeter. "

På denne måde, det lykkedes forskerne, for eksempel, ved at justere fire laserstråler, så de krydsede i præcis den ønskede position. "En sådan justering vil normalt tage flere uger, og du ville stadig ikke have nogen garanti for, at det optimale var nået, "Siger Alberti." Med vores proces, vi havde kun brug for cirka en dag for at gøre dette. "