Voor het eerst is in het laboratorium een ​​speciale bindingstoestand tussen atomen gecreëerd:met een laserstraal kunnen atomen worden gepolariseerd, zodat ze aan de ene kant positief geladen zijn en aan de andere kant negatief. Dit zorgt ervoor dat ze elkaar aantrekken en een heel speciale bindingstoestand creëren - veel zwakker dan de binding tussen twee atomen in een gewoon molecuul, maar nog steeds meetbaar. De aantrekkingskracht komt van de gepolariseerde atomen zelf, maar het is de laserstraal die hen daartoe in staat stelt - in zekere zin is het een 'molecuul' van licht en materie.

Theoretisch is dit effect al lang voorspeld, maar nu zijn wetenschappers van het Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) aan de TU Wien, in samenwerking met de Universiteit van Innsbruck, erin geslaagd om deze exotische atoombinding voor het eerst te meten. tijd. Deze interactie is nuttig voor het manipuleren van extreem koude atomen, en het effect zou ook een rol kunnen spelen bij de vorming van moleculen in de ruimte. De resultaten zijn nu gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review X .

Positieve en negatieve lading

In een elektrisch neutraal atoom is een positief geladen atoomkern omgeven door negatief geladen elektronen, die de atoomkern net als een wolk omringen. "Als je nu een extern elektrisch veld inschakelt, verschuift deze ladingsverdeling een beetje", legt prof. Philipp Haslinger uit, wiens onderzoek aan het Atominstitut van de TU Wien wordt ondersteund door het FWF START-programma. "De positieve lading is iets verschoven in de ene richting, de negatieve lading iets in de andere richting, het atoom heeft ineens een positieve en een negatieve kant, het is gepolariseerd."

Licht is gewoon een elektromagnetisch veld dat heel snel verandert, dus het is ook mogelijk om dit polarisatie-effect te creëren met laserlicht. Wanneer meerdere atomen naast elkaar staan, polariseert het laserlicht ze allemaal op precies dezelfde manier:positief aan de linkerkant en negatief aan de rechterkant, of omgekeerd. In beide gevallen draaien twee naburige atomen verschillende ladingen naar elkaar toe, wat leidt tot een aantrekkingskracht.

Experimenten met de atoomval

"Dit is een zeer zwakke aantrekkingskracht, dus je moet het experiment heel zorgvuldig uitvoeren om het te kunnen meten", zegt Mira Maiwöger van TU Wien, de eerste auteur van de publicatie. "Als atomen veel energie hebben en snel bewegen, is de aantrekkingskracht meteen weg. Daarom werd een wolk van ultrakoude atomen gebruikt."

De atomen worden eerst opgevangen en gekoeld in een magnetische val op een atoomchip, een techniek die is ontwikkeld aan het Atominstitut in de groep van prof. Jörg Schmiedmayer. Dan wordt de val uitgeschakeld en komen de atomen in vrije val vrij. De atoomwolk is "ultrakoud" met minder dan een miljoenste Kelvin, maar hij heeft genoeg energie om tijdens de herfst uit te zetten. Als de atomen in deze fase echter worden gepolariseerd met een laserstraal en er dus een aantrekkingskracht tussen hen ontstaat, wordt deze uitzetting van de atoomwolk afgeremd - en zo wordt de aantrekkingskracht gemeten.

Kwantumlaboratorium en ruimte

"Het polariseren van individuele atomen met laserstralen is eigenlijk niets nieuws", zegt Matthias Sonnleitner, die de theoretische basis voor het experiment legde. "Het cruciale van ons experiment is echter dat we er voor het eerst in zijn geslaagd om verschillende atomen op een gecontroleerde manier samen te polariseren, waardoor er een meetbare aantrekkingskracht tussen hen ontstaat."

Deze aantrekkingskracht is een aanvullend hulpmiddel voor het beheersen van koude atomen. Maar het kan ook belangrijk zijn in de astrofysica:"In de uitgestrektheid van de ruimte kunnen kleine krachten een belangrijke rol spelen", zegt Philipp Haslinger. "Hier konden we voor het eerst aantonen dat elektromagnetische straling een kracht tussen atomen kan genereren, wat kan helpen om nieuw licht te werpen op astrofysische scenario's die nog niet zijn verklaard." + Verder verkennen

Aangepaste magneto-optische val zorgt voor afkoeling van indiumatomen tot bijna het absolute nulpunt