Καταπληκτική επίδειξη της κυματικής συμπεριφοράς των ατόμων

Από σελίδα UniSci, 14 Μαίου 2002

Ήδη έχουν δημιουργηθεί και έχουν παρατηρηθεί για πρώτη φορά από μια ομάδα του Πανεπιστημίου Rice,  φωτεινά σολιτόνια σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein.

Αυτή είναι μια καταπληκτική νέα επίδειξη της κυματικής συμπεριφοράς των ατόμων και παρέχει ένα σημαντικό εργαλείο για ενδεχόμενες τεχνολογικές εφαρμογές των BECs.

Τα σολιτόνια είχαν για πρώτη φορά παρατηρηθεί στην επιφάνεια ενός στενού καναλιού το 1834. Ένα σολιτόνιο είναι μια ομάδα κυμάτων που συνδυάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματισθεί ένα ενιαίο σύνθετο κύμα που μπορεί να ταξιδεψει σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς να διαχωριστεί ή να χαθεί η αρχική μορφή του.

Το σολιτόνιο μπορεί να εμφανιστεί σε όλα τα είδη κυμάτων παραδείγματος χάριν, έχουν μελετηθεί λεπτομερώς στα ηχητικά κύματα και στα φωτεινά κύματα. Στην πραγματικότητα, σολοτόνια φωτεινά κύματα υιοθετούνται αυτήν την περίοδο στις τηλεπικοινωνίες. Το σολιτόνιο μπορεί να υπάρξει επίσης και σε συμπύκνωμα BEC.

Δεδομένου ότι το συμπύκνωμα BEC αποτελείται από άτομα υπέρψυχρα που βρίσκονται όλα στην ίδια κβαντική κατάσταση, φανερώνουν κυματική συμπεριφορά και επομένως μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ενιαίο ατομικό κύμα. Εντούτοις, το BEC ατομικό κύμα διαχωρίζεται συνήθως ή "διασκορπίζεται" αμέσως μόλις το BEC ελευθερώνεται από μια παγίδα.

Εν τούτοις, στα προηγούμενα πειράματα με BEC (όπως του Burger, δείτε  στο Phys. Rev. Lett., 20 Δεκεμβρίου 1999), οι ερευνητές έχουν παρατηρήσει "σκοτεινά σολιτόνια", που αντιπροσωπεύουν απουσίες ατόμων, που μπορούν να διαδοθούν χωρίς να μεταμορφωθούν (μεταβάλλουν σχήμα) σε ένα συμπύκνωμα.

Τώρα όμως, σε ένα συμπύκνωμα BEC ατόμων λιθίου, η ομάδα του Rice έχει παραγάγει "φωτεινά" σολιτόνια, που το κάθε ένα αντιπροσωπεύει ένα συμπύκνωμα πραγματικών ατόμων που εξάγονται από το βασικό BEC. Στην πραγματικότητα, τα φωτεινά σολιτόνια είναι μεμονωμένα κύματα ατόμων που ξεχωρίζουν από το βασικό BEC κύμα ατόμων.

Χρησιμοποιώντας μια στενή ακτίνα λέιζερ για να καθοδηγήσει τα BEC άτομα σε μια ευθεία ενιαία γραμμή, η ομάδα Rice προσάρμοσε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων λιθίου ώστε να είναι ελκτικές έτσι ώστε η μεταξύ τους έλξη των ατόμων να αντισταθμίζει τέλεια την προδιάθεσή που έχουν να διαχωριστούν.

Με την τεχνική τους, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει "συρμούς" μέχρι 15 σολιτόνια.

Αυτά τα άτομα κύματα σολιτόνια, θα είναι πιθανώς ένα χρήσιμο εργαλείο κάποια μέρα για τις χρήσεις των BEC στα γυροσκόπια για μια εξαιρετικά ακριβή ναυσιπλοοία και τα πολύ ακριβά ατομικά ρολόγια (Strecker et Al, Nature, 9 Μαίου 2002).