Nowy laser może działać bez końca. Przynajmniej w teorii

Wiązka atomów, której poświęcony jest artykuł w Nature, zachowuje się tak samo jak laser i w teorii może działać bez końca. Jak można ją wykorzystać w praktyce?

Takie lasery atomowe nie są niczym nowym, ponieważ pierwszy zaprezentowali przedstawiciele MIT w 1996 roku. O ile zazwyczaj stosowane lasery opierają się na świetle składającym się z fotonów poruszających się zsynchronizowanymi falami, tak laser atomowy wymaga wyrównania falowej natury atomów przed tym, jak zostaną wystrzelone w formie wiązki.

Czytaj też: Lasery tnące stal nie są w stanie go zniszczyć. Naukowcy stworzyli wyjątkowe lustro diamentowe

Dzięki dalszemu rozwojowi tej technologii naukowcy mogliby być w stanie prowadzić badania poświęcone stałym fizycznym oraz precyzyjnym technologiom inżynieryjnym. Do prawidłowego funkcjonowania lasera atomowego potrzeba kondensatu Bosego-Einsteina, czyli efektu kwantowego, który występuje poprzez schłodzenie chmury bozonów do temperatury niemal równej zeru bezwzględnemu. W takich warunkach atomy opadają do najniższego możliwego stanu energetycznego, lecz nie zatrzymują się całkowicie.

Przy odpowiednio niskiej energii kwantowe właściwości cząstek przestają ze sobą kolidować i zaczynają poruszać się na tyle blisko siebie, by się na siebie nałożyć. Ostatecznie powstaje chmura atomów o dużej gęstości, która zachowuje się jak jeden „superatom”. Atomy w takim kondensacie są jednak chłodzone za pomocą laserów optycznych, przez co ich natura jest zazwyczaj ulotna.

Pierwszy laser atomowy został zaprezentowany w 1996 roku

Z tego względu naukowcy z Uniwersytetu Amsterdamskiego postanowili rozłożyć etapy chłodzenia nie w czasie, ale w przestrzeni. W ten sposób atomy poruszały się, przechodząc przez kolejne etapy chłodzenia. Ostatecznie członkowie zespołu byli w stanie wykorzystać je do tworzenia spójnych fal materii w kondensacie Bosego-Einsteina. W międzyczasie na miejsce docierają nowe atomy, które mogą uzupełniać wcześniejsze, zapętlając cały proces w zasadzie bez końca.

Czytaj też: Czołg z komputerem kwantowym. To już nie sci-fi, a realny plan brytyjskich inżynierów

W czasie eksperymentów wykorzystano atomy strontu, które są popularnym materiałem budulcowym w przypadku kondensatu Bosego-Einsteina. Naukowcy mogliby użyć interferometrii atomowej opartej na takim kondensacie do badań nad względnością i mechaniką kwantową lub do wykrywania fal grawitacyjnych.