FIZIČARI su uspjeli napraviti snop atoma koji se ponaša na isti način kao i laser, a koji teoretski može raditi zauvijek. To znači da su na putu da njihov izum ima praktičnu primjenu, iako se još uvijek suočavaju s mnogim ograničenjima.
Ipak, ovo je veliki korak naprijed u tehnologiji atomskih lasera, snopa atoma koji funkcioniraju kao jedan val, a koja bi se jednog dana mogla koristiti za testiranje temeljnih fizičkih zakona i precizne tehnologije.
Prvi atomski laser stvorio je tim fizičara MIT-ja još 1996. godine. Koncept je prilično jednostavan. Kao što se tradicionalni laser bazira na svjetlosti i sastoji od fotona koji se sinkroniziraju u svojim valovima, laser napravljen od atoma treba imati svoj vlastiti val prije nego što se pretvori u snop.
Problemi u praksi
Međutim, kao i mnoge stvari u znanosti, to je mnogo lakše zamisliti nego realizirati. Atomski laser se temelji na stanju materije koje se naziva Bose-Einsteinova kondenzacija (BEC). Ovo stanje nastaje hlađenjem oblaka bozona na nešto iznad apsolutne nule. Na tako niskim temperaturama atomi padaju u najniže moguće energetsko stanje.
Kada dosegnu te niske energije, kvantna svojstva čestica više ne mogu interferirati, ali se pomiču dovoljno blizu jedno drugom da se nekako preklapaju, što rezultira oblakom atoma visoke gustoće koji se ponaša kao jedan "superatom" ili val materije.
Međutim, BEC je nešto paradoksalno. Vrlo je krhak. Može ga uništiti i sama svjetlost. S obzirom na to da se atomi u BEC-u hlade pomoću optičkih lasera, to obično znači da je postojanje BEC-a prolazno, piše Science Alert.
Atomski laseri koje su znanstvenici do danas uspjeli napraviti bili su pulsirajuće, a ne kontinuirane naravi. Kako bi stvorili trajan BEC, tim znanstvenika sa Sveučilišta Amsterdam shvatio je da treba uvesti promjene u metodologiji.
"Na ovaj način možemo nastaviti proces - zauvijek"
"U prethodnim eksperimentima se postupno hlađenje atoma odvijalo na jednom mjestu. Mi smo korake hlađenja proširili ne kroz vrijeme, nego kroz prostor: tjeramo atome da se kreću dok napreduju kroz uzastopne faze smanjenja temperature", objasnio je fizičar Florian Schreck.
"Na kraju, ultrahladni atomi stižu u srce eksperimenta, gdje se mogu koristiti za formiranje koherentnih valova materije u BEC-u. Ali dok se ti atomi koriste, novi atomi su već na putu da napune BEC. Na ovaj način proces možemo nastaviti - zauvijek", dodao je.
"Srce eksperimenta" je zapravo zamka koja BEC štiti od svjetlosti, odnosno rezervoar koji se može kontinuirano nadopunjavati za vrijeme trajanja eksperimenta. Zaštita BEC-a od svjetlosti se, iako jednostavna u teoriji, pokazala malo kompliciranijom u praksi. Ne samo da je bilo tehničkih prepreka nego je bilo i onih birokratskih te administrativnih.
"Preselivši se u Amsterdam 2013. počeli smo s posuđenim sredstvima, praznom sobom i timom koji je sam sebe financirao", rekao je fizičar Chun-Chia Chen.
"Šest godina kasnije, u ranim jutarnjim satima božićnog jutra 2019., eksperiment je konačno bio blizu toga da funkcionira. Pala nam je na pamet ideja da dodamo dodatnu lasersku zraku kako bismo riješili posljednju tehničku poteškoću i odmah je svaka slika koju smo snimili pokazala BEC, prvi BEC s kontinuiranim valom", dodao je.
Sljedeći korak
Sada kada je realiziran prvi dio kontinuiranog atomskog lasera, sljedeći korak je održavanje stabilne atomske zrake. To se može postići prenošenjem atoma u slobodno stanje.
Budući da su koristili atome stroncija, popularan izbor za BEC, perspektiva otvara uzbudljive mogućnosti, rekli su znanstvenici. Atomska interferometrija korištenjem stroncijevih BEC-a, na primjer, mogla bi se koristiti za provođenje istraživanja relativnosti i kvantne mehanike ili za detekciju gravitacijskih valova.
Istraživanje naslova Continuous Bose–Einstein condensation objavljeno je u časopisu Nature.