I fisici affermano di aver realizzato un laser atomico che può funzionare “per sempre”

Una nuova svolta ha consentito ai fisici di creare un raggio di atomi che si comporta allo stesso modo di un laser e potrebbe teoricamente durare “per sempre”.

Ciò potrebbe finalmente significare che la tecnologia sta arrivando all’applicazione pratica, sebbene vi siano ancora limitazioni significative che si applicano.

Tuttavia, questo è un enorme passo avanti per quello che è noto come un “laser atomico”, un raggio a onda singola composto da atomi che un giorno potrebbe essere utilizzato per testare costanti fisiche fondamentali e tecnologia di microingegneria.

Il laser del mais è in circolazione da un minuto. Il primo laser atomico è stato creato da un team del MIT I fisici nel 1996. Il concetto sembra piuttosto semplice: proprio come i tradizionali laser basati sulla luce sono costituiti da fotoni che si muovono con le loro onde sincronizzate, i laser fatti di atomi richiedono che la loro natura ondulatoria si allinei prima di essere mescolati come un raggio.

Tuttavia, come per molte cose nella scienza, è più facile visualizzare i concetti che percepire. Nella radice dell’atomo laser c’è a stato della materia chiamato Condensatore Bose-Einsteino BEC.

BEC è generato dal raffreddamento delle nuvole da bosoni solo una frazione sopra lo zero assoluto. A temperature così basse, gli atomi scendono allo stato energetico più basso possibile senza fermarsi completamente.

Quando raggiungono queste energie inferiori, le proprietà quantistiche delle particelle non possono interferire tra loro; Si avvicinano abbastanza l’uno all’altro da causare una sorta di interferenza, che si traduce in una nuvola di atomi ad alta densità che si comporta come un singolo “super atomo” o onda di materia.

Tuttavia, i BEC sono un po’ una contraddizione. È molto fragile. Anche la luce può distruggere BEC. Dato che gli atomi in BEC sono Raffreddato da laser otticoquesto di solito significa che la presenza di BEC svanisce.

Il laser atomico che gli scienziati sono riusciti a realizzare finora è stato pulsato, non versatile; Implica l’attivazione di un solo impulso prima che sia necessario creare un nuovo BEC.

Per creare un BEC continuo, un team di ricercatori dell’Università di Amsterdam nei Paesi Bassi ha capito che era necessario cambiare qualcosa.

“Negli esperimenti precedenti, il raffreddamento graduale degli atomi è stato eseguito in un unico luogo. Nella nostra configurazione, abbiamo deciso di propagare le fasi di raffreddamento non nel tempo, ma nello spazio: facciamo muovere gli atomi mentre avanzano attraverso fasi di raffreddamento successive”, Ha spiegato il fisico Florian Schreck.

“Alla fine, gli atomi ultrafreddi arrivano al cuore dell’esperimento, dove possono essere usati per formare onde di materia coerente nel BEC. Ma mentre usano questi atomi, i nuovi atomi sono già sulla strada per ricostituire il BEC. In in questo modo, possiamo mantenere il processo in corso, essenzialmente per sempre”.

Questo “cuore dell’esperimento” è la trappola che protegge il BEC dalla luce, un serbatoio che può essere rifornito continuamente per tutta la durata dell’esperimento.

Tuttavia, proteggere BEC dalla luce dei laser di raffreddamento, sebbene in teoria semplice, era ancora più difficile nella pratica. Non c’erano solo ostacoli tecnici, ma anche burocratici e amministrativi.

“Trasferendoci ad Amsterdam nel 2013, abbiamo iniziato con un atto di fede, preso in prestito denaro, una stanza vuota e un team interamente finanziato di sovvenzioni personali”, Il fisico Chun Chia-chen ha detto:che ha condotto la ricerca.

“Sei anni dopo, nelle prime ore del mattino di Natale 2019, l’esperimento era finalmente all’altezza. Abbiamo avuto l’idea di aggiungere un raggio laser in più per risolvere un ultimo problema tecnico, e istantaneamente ogni foto che abbiamo scattato mostrava BEC , la prima onda continua BEC.”

Ora che la prima parte del laser ad atomi continui – la parte “atomo continuo” – è stata raggiunta, il team ha affermato che il passo successivo è mantenere un raggio atomico stabile. Possono raggiungere questo obiettivo spostando gli atomi in uno stato non confinato, estraendo così un’onda di materia diffusa.

Hanno detto che hanno usato atomi di stronzio, una scelta popolare per i BEC, la possibilità apre interessanti opportunità. L’interferometria atomica con BEC di stronzio può essere utilizzata, ad esempio, per effettuare indagini di relatività e meccanica quantistica o per rilevare onde gravitazionali.

“Il nostro esperimento è l’analogo dell’onda materiale di un laser ottico a onda continua con specchi a cavità completamente riflettenti”, I ricercatori hanno scritto nel loro articolo.

“Questa dimostrazione di prova di principio fornisce un nuovo pezzo di ottica atomica, finora mancante, che consente la costruzione di dispositivi a onda continua coerenti”.

La ricerca è stata pubblicata in temperare la natura.