Riikliku Standardite ja Tehnoloogia Instituudi (National Institute of Standards and Technology – NIST) füüsikud leidsid mooduse, kuidas laseritega manipuleerida aatomite sisemisi seisundeid, mõjutades suuresti nende vastasmõjusid eriomasel viisil. Valguse abil „kohendatud“ aatomeid on võimalik kasutada vahendajatena, uurimaks tähtsaid fenomene, mida oleks keeruline või isegi võimatu uurida teistes kontekstides.
Teadlaste hiliseim uurimustöö näitab uut vastasmõjude klassi, mida arvatakse olevat tähtis ülijuhtide füüsikas. Osakeste vastastikmõjud on füüsika „vundamendiks“, määrates näiteks magneetiliste ainete ja kõrge temperatuuri ülijuhtide töötamise viisi. Täpsem arusaam nende vastasmõjude kohta ning uute, „tõhusate“ vastasmõjude loomine aitab teadlastel kavandada eriomaste magneetiliste või ülijuhtivate omadustega aineid, kirjutab Physorg.com.
Skemaatiline joonis kahe Bose-Einsteini kondensaadi (hallid laigud) vahelisest kokkupõrkest, mida on „riietatud“ laseri valgusega (pruunid nooled) ja lisa-magnetväljaga (roheline nool). Ähmane halo näitab aatomite hajumise asukohta. Hajuva halo ebaühtlane projektsioon alumisel graafikul näitab, et osa hajumisest on olnud d-lainega ja g-lainega. Pilt: Joint Quantum Institute
Kuna enamus aineid kujutavad endast keerulisi süsteeme, on keeruline uurida või projekteerida neid moodustavate elektronide vahelisi vastasmõjusid. Seetõttu ehitasid NISTi teadlased füüsikaliselt analoogseid süsteeme ülijahutatud aatomitest, et õppida nende omadustega ainete töötamise kohta. „Me oleme põhimõtteliselt võimelised simuleerima neid keerulisi süsteeme ja selle abil vaatlema, kuidas nad töötavad aegluubis,“ sõnas NISTi füüsik Ian Spielman.
NISTi teadlase Ross Williamsi väitel on külma-aatomi katsete käigus hea uurida mitmeid keha süsteeme tänu suurele kontrollile aatomite asukoha ja käitumise üle. „Esmalt püüame magnetväljade abil „lõksu“ rubiidium-87 aatomid ja jahutame need 100 nanokelvinini, väitis Williams. „Sellistel temperatuuridel muutuvad nad niinimetatud Bose-Einsteini kondensaatideks (ingl.k. Bose-Einstein condensate – BEC). Kui aatomeid niivõrd palju külmutada, muutuvad nad väga loiuks. Niipea, kui märkame, et aatomid liiguvad piisavalt aeglaselt, kasutame lasereid aatomite „riietamiseks“ või segame kokku aatomites olevad erinevad energiaseisundid. Kui oleme aatomid riietanud, jagame kondensaadi kaheks ja paneme kaks osa omavahel „kokku põrkuma“, et näha, kuidas nad üksteisele vastasmõju avaldavad.“
Williamsi sõnul määravad laserite abil riietamata aatmite puhul lihtsad, madala energiaga vastasmõjud aatomite hajumise, kui aatomid omavahel kokku puutuvad. Selles seisundis põrkuvad aatomid omavahel kokku ja hajuvad ühtseks keraks, mis on ühesugune igast suunast vaadatuna. See aga ei ütle kuigi palju selle kohta, kuidas aatomid omavahel vastasmõjus olid.
Riietatuna aga kaldusid aatomid hajuma teatud suundades, moodustades huvitavaid kujundeid. Moodustatud kujundid viitasid uutele, keerulisematele vastasmõjudele, mida tavapäraselt ülikülmades aatomsüsteemides ei esine. Oskus neid vastasmõjusid esile kutsuda võimaldab teadlastel uurida nendes süsteemides mitmeid uusi ja põnevaid kvant-fenomene.
Kui uurijad kasutasid katses rubiidiumi aatomeid – bosoneid -, muudavad nad kavandit, et uurida teistsuguseid osakesi – ülikülme fermione. Teadustöö meeskond loodab leida tõendeid Majorana fermioni kohta. See on mõistatuslik ja seni teoreetiline osake, mis on seotud kvantarvutustehnika jaoks oluliste ülijuhtivate süsteemidega.
Teadusartikkel: ,,Synthetic partial waves in ultracold atomic collisions“
1 nanokelvin ei võrdu -273,15 C vaid on üks miljardik kelvinit. ja 100 nanokelvinit on 10 miljondikku kraadi üle absoluutse nulli.
Vabandan ja tänan tähelepanu juhtimise eest.
A.M.