Fisikawan mengatakan mereka telah membuat laser atom yang dapat bekerja ‘selamanya’

Sebuah terobosan baru telah memungkinkan fisikawan untuk membuat seberkas atom yang berperilaku dengan cara yang sama seperti laser, dan secara teoritis dapat bertahan “selamanya”.

Hal ini pada akhirnya dapat berarti bahwa teknologi tersebut sedang dalam perjalanan menuju aplikasi praktis, meskipun ada batasan signifikan yang masih berlaku.

Namun, ini adalah langkah maju yang besar untuk apa yang dikenal sebagai “laser atom” – sinar gelombang tunggal yang terbuat dari atom yang suatu hari nanti dapat digunakan untuk menguji konstanta fisik dasar dan teknologi rekayasa mikro.

Laser jagung telah ada selama satu menit. Laser atom pertama dibuat oleh tim dari MIT Fisikawan pada tahun 1996. Konsepnya tampaknya cukup sederhana: sama seperti laser berbasis cahaya tradisional terdiri dari foton yang bergerak dengan gelombangnya secara sinkron, laser yang terbuat dari atom membutuhkan sifat seperti gelombangnya untuk menyelaraskan sebelum dicampur sebagai sinar.

Namun, seperti banyak hal dalam sains, lebih mudah untuk memvisualisasikan konsep daripada memahami. Dalam akar atom laser adalah a keadaan materi ditelepon Kondensor Bose-Einsteinatau BEC.

BEC dihasilkan oleh pendinginan awan dari boson hanya sebagian kecil di atas nol mutlak. Pada suhu rendah seperti itu, atom tenggelam ke keadaan energi serendah mungkin tanpa berhenti sepenuhnya.

Ketika mereka mencapai energi yang lebih rendah ini, sifat kuantum partikel tidak dapat saling mengganggu; Mereka cukup dekat satu sama lain untuk menyebabkan semacam interferensi, yang menghasilkan awan atom berdensitas tinggi yang berperilaku seperti “atom super” tunggal atau gelombang materi.

Namun, BEC sedikit kontradiksi. Hal ini sangat rapuh. Bahkan cahaya pun bisa menghancurkan BEC. Mengingat bahwa atom dalam BEC adalah Didinginkan oleh laser optikini biasanya berarti bahwa keberadaan BEC menghilang.

Laser atom yang telah berhasil dicapai oleh para ilmuwan sejauh ini telah berdenyut, bukan serbaguna; Ini melibatkan hanya satu pulsa yang ditembakkan sebelum BEC baru perlu dibuat.

Untuk menciptakan BEC yang berkelanjutan, tim peneliti di University of Amsterdam di Belanda menyadari sesuatu yang perlu diubah.

“Dalam percobaan sebelumnya, pendinginan bertahap atom dilakukan di satu tempat. Dalam pengaturan kami, kami memutuskan untuk menyebarkan langkah pendinginan tidak dari waktu ke waktu, tetapi di ruang angkasa: Kami membuat atom bergerak saat mereka maju melalui langkah pendinginan yang berurutan,” Fisikawan Florian Schreck menjelaskan.

“Akhirnya, atom ultra-dingin sampai ke inti percobaan, di mana mereka dapat digunakan untuk membentuk gelombang materi koheren di BEC. Tapi saat menggunakan atom ini, atom baru sudah dalam perjalanan untuk mengisi BEC. dengan cara ini, kita dapat mempertahankan prosesnya – pada dasarnya untuk selamanya.”

“Jantung percobaan” ini adalah jebakan yang melindungi BEC dari cahaya, tangki yang dapat diisi ulang terus menerus selama percobaan.

Namun, melindungi BEC dari cahaya dari laser pendingin, meskipun secara teori sederhana, sekali lagi lebih sulit dalam praktiknya. Tidak hanya kendala teknis, tetapi juga kendala birokrasi dan administrasi.

“Saat pindah ke Amsterdam pada 2013, kami memulai dengan lompatan keyakinan, meminjam uang, kamar kosong, dan tim hibah pribadi yang didanai penuh,” Fisikawan Chun Chia-chen berkata:yang memimpin pencarian.

“Enam tahun kemudian, pada dini hari Natal 2019, percobaan akhirnya mencapai sasaran. Kami memiliki ide untuk menambahkan sinar laser ekstra untuk menyelesaikan satu masalah teknis terakhir, dan langsung setiap gambar yang kami ambil menunjukkan BEC , BEC gelombang kontinu pertama.”

Sekarang bagian pertama dari laser atom kontinu – bagian “atom kontinu” – telah tercapai, tim mengatakan langkah selanjutnya adalah mempertahankan sinar atom yang stabil. Mereka dapat mencapai ini dengan memindahkan atom ke keadaan tidak terbatas, sehingga mengekstraksi gelombang materi difus.

Mereka mengatakan bahwa mereka menggunakan atom strontium, pilihan populer untuk BEC, kemungkinan membuka peluang menarik. Interferometri atom dengan BEC strontium dapat digunakan, misalnya, untuk melakukan penyelidikan dalam relativitas dan mekanika kuantum, atau untuk mendeteksi gelombang gravitasi.

“Eksperimen kami adalah analog gelombang material dari laser optik gelombang kontinu dengan cermin rongga yang sepenuhnya reflektif,” Para peneliti menulis dalam makalah mereka.

“Demonstrasi pembuktian prinsip ini memberikan potongan optik atom baru yang sampai sekarang hilang, memungkinkan pembangunan perangkat gelombang kontinu yang koheren.”

Pencarian dipublikasikan di sifat pemarah.