Fiberglas atomları sayar

Araştırmacılar atomları tespit etmek için son derece hassas yöntemler geliştiriyor

Cam lifi görselleştirme: İçindeki ışık dalgası, elyaftan dışarı taşar ve cam elyafın hemen üstünde ve altında biriken atomlardan etkilenir. © F. Aigner / TU Viyana
Yüksek sesle okuma

Fiber optik kablolar bugün internet için vazgeçilmez bilgi hatlarıdır - şimdi kuantum laboratuvarı olarak da hizmet vermektedir. Viyana'lı bilim adamları, ultra ince cam elyaflarında ışığa göre kontrol edilen atomları birleştirdiler. Özel ışık dalgaları, az sayıda atoma duyarlı bir şekilde reaksiyona girecek şekilde hazırlanır. Araştırmacılar, Fiziksel İnceleme Mektupları dergisine yazdıkları, az miktarda maddeyi tespit edebilen hassas dedektörlerin yapımına izin veriyor.

Viyana Teknoloji Üniversitesi (TU) Atom Enstitüsü'nden Arno Rauschenbeutel, deneyleri için kullandığı cam elyafı, milimetrenin sadece beş yüz milyonuncu kalınlığındadır - ve böylece görünür ışığın dalga boyundan daha incedir. Rauschenbeutel, “Işık dalgası aslında cam elyafın içine tamamen sığmıyor, hala cam elyafın biraz dışına çıkıyor” diyor.

Lightwave atomları kaydeder

İşte tam da bu, büyük avantajın olduğu yerdir: ışık dalgası, cam elyafın dışına yerleştirilmiş atomları kaydeder. Rauschenbeutel, “İlk önce atomları yakaladık, böylece cam elyafın hemen üstünde ve altında sıralanıyorlar, ” diyor.

Cam elyafından geçen ışık dalgası daha sonra atomların her biri ile temas eder. Işık dalgasının tam olarak nasıl değiştiğini ölçerseniz, kaç atomun kendilerini bağladığını görebilirsiniz.

Atomlar ışığın hızını değiştirir

Kuantum fiziğinde, atomlar ve ışık genellikle mikroskobik seviyede emilirler: Işık parçacıkları atomlar tarafından absorbe edilebilir ve daha sonra başka bir yönde serbest bırakılabilir, böylece atomları hızlandırabilir ve onları kaynak yerlerinden uzağa fırlatabilir. ekran

Bununla birlikte, Viyana Teknoloji Üniversitesi'ndeki cam elyaf deneyleri için ışık ve atomlar arasında nispeten yumuşak bir etkileşim olması yeterlidir: "Cam elyafındaki atomlar nedeniyle, ışık dalgası normalde olduğu kadar hızlı hareket etmiyor, ama daha yavaş" diyor Rauschenbeutel. Işık dalgası atomlara doğru yukarı ve aşağı doğru sallandıkça, dalga tepe noktaları ve oluklar biraz kaydırılır. Salınım düzleminde atom bulunmayan başka bir ışık dalgası zor ertelenir.

Böylece araştırmacılar, cam elyafından farklı titreşim yönlerine sahip ışık dalgaları gönderir ve farklı ilerleme hızları nedeniyle göreceli yer değiştirmelerini ölçer. Bu değişimi bilerek, o zaman ışığın kaç atomun geciktiğini de bilirsiniz.

Tek tek atomları ölçülebilir hale getirme

Şu anda, Rauschenbeutel'in Quantum Physics ekibi, yüzlerce ila binlerce atomu cam elyafından binde bir milimetreden daha kısa bir mesafede konumlandırıyor. Işık ışınları ile sayıları tam olarak birkaç atomla belirlenebilir. Bilim adamı, “İlke olarak, yöntemimiz o kadar kesin ki zaten on ila yirmi ayrı atoma cevap verebilir” diyor. Still Hala cam elyafı ile atomlar arasındaki mesafeyi azaltmak gibi diğer teknik püf noktaları üzerinde çalışıyoruz. Eğer başarılı olursak, tek bir atomu bile güvenilir bir şekilde tespit etmek mümkün olmalı.

Nazik kuantum ölçümü

Sadece sensörlerin geliştirilmesi için değil, kuantum fiziğinde temel araştırmalar için de, cam elyaf yöntemi önemlidir. Om Bazen bir ölçüm bir sistemin kuantum fiziksel durumunu kaybeder çünkü ölçüm işlemi kuantum nesnesi üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir, R Rauschenbeutel'i açıklar. GlasOur cam elyafları, kuantum hallerini onlara zarar vermeden kontrol etme imkanını açar.

Örneğin, cam elyafındaki atomların yardımıyla, ayrı ayrı ışık parçacıklarının titreşim yönü tam olarak kontrol edilebilir. Bugünün hangi teknolojik uygulamalara yol açabileceği tahmin edilemez.

(Viyana Teknik Üniversitesi, 08.12.2011 - DLO)