Исследователи впервые измерили состояние связи света и материи

В лаборатории впервые было создано особое состояние связи между атомами: с помощью лазерного луча атомы можно поляризовать так, чтобы они были заряжены положительно с одной стороны и отрицательно заряжены с другой. Это заставляет их притягиваться друг к другу, создавая совершенно особое состояние связи — намного слабее, чем связь между двумя атомами в обычной молекуле, но все же измеримую. Притяжение исходит от самих поляризованных атомов, но именно лазерный луч дает им возможность это делать — в некотором смысле, это «молекула» света и материи.

Теоретически этот эффект был предсказан уже давно, но теперь ученым из Венского центра квантовой науки и технологии (VCQ) Венского технического университета в сотрудничестве с Университетом Инсбрука удалось впервые измерить эту экзотическую атомную связь. время. Это взаимодействие полезно для управления чрезвычайно холодными атомами, и этот эффект также может играть роль в формировании молекул в космосе. Результаты опубликованы в научном журнале Physical Review X.

В электрически нейтральном атоме положительно заряженное атомное ядро ​​окружено отрицательно заряженными электронами, которые окружают атомное ядро ​​подобно облаку. «Если теперь вы включите внешнее электрическое поле, это распределение заряда немного сместится», — объясняет профессор Филипп Хаслингер, чьи исследования в Атомном институте Венского технического университета поддерживаются программой FWF START. « Положительный заряд немного смещается в одном направлении, отрицательный — немного в другом, у атома вдруг появляются положительная и отрицательная стороны, он поляризуется».

Свет — это просто электромагнитное поле , которое очень быстро меняется, поэтому эффект поляризации также можно создать с помощью лазерного излучения . Когда несколько атомов находятся рядом друг с другом, лазерный свет поляризует их всех одинаково — положительно слева и отрицательно справа, или наоборот. В обоих случаях два соседних атома поворачивают друг к другу разные заряды, что приводит к возникновению силы притяжения.

«Это очень слабая сила притяжения, поэтому нужно очень тщательно проводить эксперимент, чтобы измерить ее», — говорит Мира Майвогер из TU Wien, первый автор публикации. «Если атомы обладают большой энергией и движутся быстро, сила притяжения немедленно исчезает. Вот почему было использовано облако ультрахолодных атомов».

Атомы сначала захватываются и охлаждаются в магнитной ловушке на атомном чипе, метод, который был разработан в Атоминституте в группе профессора Йорга Шмидмайера. Затем ловушка выключается и выпускает атомы в свободное падение. Облако атомов «сверххолодное» при температуре менее одной миллионной доли Кельвина, но у него достаточно энергии, чтобы расшириться во время падения. Однако, если атомы поляризуются лазерным лучом во время этой фазы и таким образом между ними создается сила притяжения, это расширение атомного облака замедляется — и так измеряется сила притяжения.

«В поляризации отдельных атомов с помощью лазерных лучей нет ничего нового», — говорит Матиас Зоннлейтнер, заложивший теоретическую основу эксперимента. «Однако самое главное в нашем эксперименте заключается в том, что нам впервые удалось поляризовать несколько атомов контролируемым образом, создав между ними измеримую силу притяжения».

Эта сила притяжения является дополнительным инструментом для управления холодными атомами . Но это также может быть важно в астрофизике: «В безбрежности космоса малые силы могут играть значительную роль», — говорит Филипп Хаслингер. «Здесь мы смогли впервые показать, что электромагнитное излучение может создавать силу между атомами , что может помочь пролить новый свет на астрофизические сценарии, которые еще не были объяснены».

Газета «DAILY» — Новости России и мира