Wreszcie fizycy zmierzyli teoretycznie długą cząsteczkę zbudowaną ze światła i materii

Fizycy właśnie odkryli światło działające na część „klejową” między atomami, w rodzaju niezwiązanej molekuły.

„Po raz pierwszy udało nam się spolaryzować kilka atomów razem w kontrolowany sposób, tworząc między nimi mierzalną siłę przyciągania” Mówi Fizyk z Uniwersytetu w Innsbrucku Matthias Sonneleitner.

Atomy są połączone, tworząc cząsteczki na wiele sposobów, z których wszystkie wiążą się z handlem ładunkami jako rodzajem „superkleju”.

Niektóre dzielą ujemnie naładowane elektrony i tworzą stosunkowo silne wiązania, jak najprostsze gazy z dwóch związanych atomów tlenu, którymi nieustannie oddychamy, ze złożonymi węglowodorami znajdującymi się w kosmosie. Niektóre atomy są przyciągane z powodu różnic w ich całkowitym ładunku.

Pola elektromagnetyczne mogą zmieniać układ ładunków wokół atomu. Ponieważ światło jest szybko zmieniającym się polem elektromagnetycznym, deszcz odpowiednio zorientowanych fotonów może wepchnąć elektrony do pozycji, które – teoretycznie – mogą widzieć jako związane.

„Jeśli teraz włączysz zewnętrzne pole elektryczne, rozkład ładunku trochę się zmieni” wyjaśnić Fizyk Philip Haslinger z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu (TU Wien).

„Ładunek dodatni przesuwa się nieco w jednym kierunku, ładunek ujemny nieco w drugim, a atom nagle ma dodatnią i ujemną stronę, jest spolaryzowany”.

Haslinger, TU Wien, fizyk atomowy Mira Maiwöger i współpracownicy wykorzystali ultrazimne atomy rubidu, aby zademonstrować, że światło rzeczywiście może polaryzować atomy w ten sam sposób, powodując, że neutralne atomy stają się nieco lepkie.

„To bardzo słaba siła grawitacyjna, więc musisz przeprowadzić eksperyment bardzo ostrożnie, aby móc ją zmierzyć” Mówi Mayoger.

„Jeśli atomy mają dużo energii i poruszają się szybko, siła przyciągania natychmiast znika. Dlatego użyto chmury bardzo zimnych atomów”.

Zespół schwytał chmurę około 5000 atomów pod pokrytym złotem wafel, w jednej płaszczyźnie, używając pola magnetycznego.

To tutaj schładzali atomy do temperatur zbliżających się zero absolutne (273 stopnie Celsjusza lub 460 stopni Fahrenheita), co tworzy quasi-kondensację – więc cząstki rubidu zaczynają działać kolektywnie i mają wspólne właściwości tak, jakby znajdowały się w piątym stanie skupienia, ale nie do końca w tym samym stopniu.

Uderzone laserem atomy doświadczyły różnych sił. Na przykład może być napędzany ciśnieniem promieniowania z fotonów nadchodzących wzdłuż wiązki światła. Tymczasem odpowiedzi elektronów mogą pociągnąć atom z powrotem w kierunku gęstszej części wiązki.

Aby odkryć subtelne przyciąganie, które, jak się sądzi, powstaje między atomami w tym przepływie elektromagnetycznym, naukowcy musieli dokonać ostrożnych obliczeń.

Po wyłączeniu pola magnetycznego atomy spadały swobodnie przez około 44 milisekundy, zanim trafiły w pole światła laserowego, w którym również zostały zobrazowane Lekka mikroskopia papierowa.

Jesienią obłok naturalnie się rozszerzył, dzięki czemu naukowcy byli w stanie wykonać pomiary przy różnych gęstościach.

Przy dużych gęstościach Mayuger i współpracownicy odkryli, że do 18% atomów brakowało w obserwowanych zdjęciach, które robili. Uważają, że przyczyną tej nieobecności są zderzenia wspomagane światłem, które wyrzucają z chmury atomy rubidu.

To pokazało część tego, co się działo – nie tylko światło padające na atomy oddziaływało, ale także światło rozpraszane od innych atomów. Kiedy światło dotyka atomów, daje… biegunowość.

Zależy od Jakiego światła użyto, atomy były albo przyciągane, albo odpychane przez większe natężenie światła. Tak więc były one ciągnięte albo w stronę słabego, albo silnego oświetlenia – w każdym przypadku kończyły się one spiętrzaniem się razem.

„Podstawowa różnica między zwykłymi siłami promieniowania a [light triggered] Interakcja polega na tym, że ta ostatnia jest efektywną interakcją między cząstkami, w której pośredniczy światło rozproszone”, Mayuger i in pisać na swoim papierze.

„Nie zatrzymuje atomów w ustalonej pozycji (na przykład w ognisku wiązki laserowej), ale raczej kieruje je w kierunku obszarów o maksymalnej gęstości cząstek”.

Chociaż ta siła, która utrzymuje atomy razem, jest znacznie słabsza niż siły międzycząsteczkowe, które znamy lepiej, może akumulować się na dużą skalę. Może to zmienić wzorce emisji i dzwoniące linie Funkcje, których astronomowie używają do lepszego zrozumienia ciał niebieskich.

Może również pomóc wyjaśnić, w jaki sposób cząsteczki tworzą się w kosmosie.

„W ogromnej przestrzeni małe siły mogą odegrać ważną rolę” Mówi Haslingera.

„Tutaj byliśmy w stanie pokazać, że promieniowanie elektromagnetyczne może generować siłę między atomami, co może pomóc rzucić nowe światło na scenariusze astrofizyczne, które nie zostały jeszcze wyjaśnione”.

To badanie zostało opublikowane w X. przegląd fizyczny.