نیوزتل: فیزیکدانان یک لیزر اتمی جدید را مهندسی کرده اند که می تواند برای همیشه روشن بماند و کاربردهای عملی آن می تواند بی حد و حصر باشد.
به گزارش نیوزتل به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، مکانیک کوانتومی حکم می کند که ذراتی مانند اتم ها نیز باید به عنوان امواج در نظر گرفته شوند و از نظر فنی می توانیم «لیزرهای اتمی» حاوی امواج منسجم ماده بسازیم. اما مشکل در مدت ماندگاری این امواج ماده است تا بتوان از آنها در کاربردهای عملی بهره برد.
حالا گروهی از فیزیکدانان آمستردام نشان داده اند که ماندگار کردن آنها با برخی دستکاری های این مفهوم که زیربنای لیزر اتمی است و به اصطلاح “چگالش بوز-اینشتین” یا به اختصار “BEC” نامیده می شود، ممکنست.
“چگالش بوز–اینشتین”(Bose–Einstein condensate) پنجمین و تازه ترین حالت ماده است. این حالت، حالتی از ماده است که در آن یک گازِ رقیقِ به نام بوزون(Boson) را تا دمای بسیار پایین و در دمای منفی ۲۷۳٫۱۴ درجه سانتی گراد(بسیار نزدیک به صفر مطلق) سرد می کنند. در اثر دمای بسیار پایین در این گذار فاز، بخش بسیار بزرگی از بوزون ها کمترین حالت کوانتومی را اشغال می کنند و در آن نقطه “پدیده کوانتومیِ ماکروسکوپی” آشکار می شود. بوزون های سرد در هم فرومی روند و ابَر ذره هایی که رفتاری بیشتر شبیه یک ریزموج دارد تا ذره های معمولی شکل می گیرد. ماده چگال شده بوز–اینشتین شکننده و سرعت عبور نور در آن خیلی کم است.
ایجاد یک “چگالش بوز-اینشتین” پیوسته
پژوهشگران حالا موفق شده اند مشکل دشوار ایجاد یک چگالش بوز-اینشتین پیوسته را حل کنند. “فلوریان شرک” رهبر این تیم در یک بیانیه توضیح داد که چگونه آنها موفق به انجام این کار شده اند.
وی اظهار داشت: در آزمایش های قبلی، خنک سازی تدریجی اتم ها همه در یک مکان انجام می شد. ما در تنظیمات خود تصمیم گرفتیم مراحل خنک سازی را نه در طول زمان، بلکه در فضا پخش نماییم و اتم ها در حالیکه در مراحل متوالی خنک سازی پیش می روند، حرکت کنند.
وی ادامه داد: در پایان، اتم های فوق سرد به قلب آزمایش می رسند، جایی که می توان از آنها برای تشکیل امواج ماده منسجم در یک BEC استفاده نمود. اما در حالیکه این اتم ها درحال استفاده هستند، اتم های جدید در راه هستند تا BEC را باردیگر پر کنند. بدین سان ما می توانیم این روند را اساساً برای همیشه و تا ابد ادامه دهیم.
در حالیکه این ایده نسبتاً ساده به نظر می آید، اما عملی کردن آن بسیار دشوار است.
“چون-چیا چن” نویسنده ارشد این مطالعه می گوید: این تیم قبلاً در سال ۲۰۱۲ وقتی که هنوز در “اینسبروک” اتریش بود، تکنیکی را کشف کرد که به BEC اجازه می داد در مقابل نور خنک کننده لیزر محافظت گردد و برای نخستین بار خنک سازی لیزری را تا حالت انحطاط مورد نیاز برای امواج منسجم ممکن می ساخت. در حالیکه این نخستین گام حیاتی به سمت چالش ساخت لیزر اتمی پیوسته و طولانی مدت بود، همین طور واضح بود که برای پیشبرد آن به یک ماشین اختصاصی نیاز است.
وی ادامه داد: ما با انتقال به آمستردام هلند در سال ۲۰۱۳، با یک جهش و گروهی که کاملاً با کمک های مالی شخصی تامین می شد، شروع کردیم. شش سال بعد، در ساعات اولیه بامداد کریسمس سال ۲۰۱۹ این آزمایش سرانجام در آستانه عملیات قرار گرفت. ما ایده اضافه کردن یک پرتوی لیزر اضافی برای حل آخرین مشکل فنی را داشتیم و بلافاصله هر تصویری که می گرفتیم یک BEC را نشان می داد که نخستین BEC موج پیوسته بود.
حالا که پژوهشگران در ایجاد یک چگالش بوز-اینشتین پیوسته موفق شده اند، امیدوارند از این لیزر اتمی برای ایجاد یک پرتوی خروجی پایدار از ماده استفاده کنند.
اگر پژوهشگران موفق به تولید لیزرهایی شوند که نه فقط می توانند برای همیشه کار کنند، بلکه می توانند پرتوهای پایدار نیز تولید کنند، کاربردهای آن بی حد و حصر خواهد بود. البته پژوهشگران هنوز راه زیادی در پیش دارند. اما کار آنها هم امیدوارکننده و هم هیجان انگیز است.
نتایج این مطالعه در مجله “نیچر”(Nature) انتشار یافته است.

منبع: newstel.ir