Onderzoekers van het MIT-Harvard Centrum voor ultrakoude atomen en een onderzoekslaboratorium voor elektronica hebben een nieuwe methode voorgesteld voor het produceren van 3-D Bose-Einstein-condensaten met alleen laserkoeling. In hun studie hebben te zien in Fysieke beoordelingsbrieven , ze demonstreerden de doeltreffendheid van hun techniek bij het produceren van Bose-Einstein-condensaten, het bereiken van temperaturen die ruim onder de effectieve terugslagtemperatuur liggen.

In eerder natuurkundig onderzoek, Bose-Einstein-condensatie (BEC) door directe laserkoeling was een vaak nagestreefd, maar zeer ongrijpbaar doel. Het werd voor het eerst geprobeerd door Steven Chu, die de Nobelprijs voor laserkoeling won, en rond 1995 door Mark Kasevich, die er toen niet in slaagde. Andere groepen onder leiding van Carl Wieman en Eric Cornell, en door Wolfgang Ketterle, alle Nobelprijswinnaars voor BEC, erin geslaagd om BEC te bereiken door in plaats daarvan verdampingskoeling te gebruiken. Eventueel, de meeste onderzoekers gaven het op om BEC te produceren met alleen laserkoeling, tot deze baanbrekende nieuwe studie.

"Een paar jaar geleden, Ik had een idee hoe ik het belangrijkste obstakel voor laserkoeling van atomen kon verminderen, de door licht geïnduceerde vorming van moleculen uit atomen, door gebruik te maken van specifieke laserfrequenties, " Vladan Vuletić, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Vergeleken met afkoeling door verdamping, laserkoeling had het potentieel om sneller en efficiënter te zijn, wat resulteert in verminderde beperkingen voor de experimentele opstelling."

Laserkoelingsatomen houden in dat een reeks lasers zorgvuldig wordt gepositioneerd en afgesteld om de beweging van de atomen te vertragen door ze met fotonen te schoppen. Deze techniek wordt vaak gebruikt om koude wolken van atomen te creëren, maar het gebruik ervan om monsters van koude atomen te maken met een dichtheid die hoog genoeg is voor BEC, was tot nu toe een grote uitdaging gebleken. Een belangrijke reden hiervoor is dat laserlicht naburige atomen kan associëren tot moleculen, die vervolgens de atoomval verlaten.

"We ontdekten dat we atoomverliezen drastisch konden verminderen door bewust de energie van de pompende laser te kiezen om niet overeen te komen met de hoeveelheid energie die nodig is om moleculen te vormen, " legde Vuletić uit. "Gecombineerd met een zorgvuldig geoptimaliseerde opeenvolging van zogenaamde Raman-koeling (voor het eerst aangetoond door Chu en Kasevich), hierdoor konden we een koude wolk van atomen produceren met een dichtheid die hoog genoeg is om een ​​BEC van gemiddelde grootte te creëren in ongeveer een seconde afkoelen."

In hun studie hebben Vuletić en zijn collega's vingen atomen op in een gekruiste optische dipoolval en koelden ze af met Raman-koeling, met verre-resonant optisch pomplicht om atoomverlies en verwarming te verminderen. Met deze techniek konden ze temperaturen bereiken die aanzienlijk lager waren dan de effectieve terugslagtemperatuur (de temperatuurschaal die verband houdt met het terugstootmomentum van een foton), op een tijdschaal die 10 tot 50 keer sneller is dan de typische verdampingstijdschaal.

"Zo'n snelle productie van BEC is al vergelijkbaar met de allerbeste verdampingstechnieken, die zijn geoptimaliseerd voor snelheid, het benadrukken van het potentieel van de nieuwe laserkoelingstechniek, " zei Vuletić. "Onze laserkoelingsmethode zou in de toekomst van toepassing moeten zijn op andere soorten atomen, evenals voor het koelen van moleculen. Onze snellere methode levert een betere signaal-ruisverhouding op, en maakt nieuwe experimenten mogelijk om kwantumgassen te bestuderen die voorheen moeilijk uit te voeren waren."

De nieuwe methode die door Vuletić en zijn collega's is geïntroduceerd, kan tal van implicaties hebben voor toekomstig natuurkundig onderzoek. Bijvoorbeeld, het zou de snelle productie van kwantumontaarde gassen in verschillende systemen mogelijk kunnen maken, inclusief fermionen. In hun huidige werk gebruiken de onderzoekers hun systeem om 1-D kwantumgassen met aantrekkelijke interacties te bestuderen, die in theorie zouden moeten instorten, maar in plaats daarvan worden gestabiliseerd door kwantumdruk.

"In de toekomst, we willen dezelfde techniek toepassen op fermionische atomen, " zei Vuletić. "Fermionische atomen condenseren niet, maar vermijd elkaar, en in plaats daarvan een zogenaamd kwantumontaard Fermi-gas vormen bij lage temperaturen. Dergelijke systemen kunnen worden gebruikt om elektronen (die ook fermionen zijn) in vaste-stofsystemen te bestuderen, bijv. om de aard van magnetisme en supergeleiding bij hoge temperaturen te begrijpen."

© 2019 Wetenschap X Netwerk