Kaip priversti atomus elgtis tarsi šie būtų krūvį turinčios dalelės?

Iš pradžių Nacionalinio standartų ir technologijos instituto bei Merilendo universiteto (JAV) mokslininkams pavyko sukurti sintetinius magnetinius laukus, tačiau dabar tyrėjai dar pasistūmėjo į priekį – privertė atomus elgtis taip, lyg šie būtų krūvį turinčios dalelės, veikiamos elektrinių laukų.

Prestižiniame žurnale „Nature Physics“ išspausdintame straipsnyje aprašoma, kaip šie sintetiniai elektriniai laukai dujose priverčia kiekvieną atomą elgtis individualiai, tarsi šie būtų įkrautos dalelės, nors drauge paėmus visi atomai sudaro neutralų rinkinį. Šis dvilypumas leis tyrėjams modeliuoti ir nagrinėti fundamentalias elektrines savybes ir padės suprasti tokių egzotinių reiškinių, kaip superlaidumo ar kvantinio Holo efekto, prigimtį.

Kai kurias elektrinių reiškinių savybes yra ganėtinai sunku nagrinėti, nes nepaisant to, kad priešingo krūvio dalelės viena kitą traukia, tarp to paties krūvio dalelių pasireiškia stūma. Tam, kad palengvintų tyrimus, Nacionalinio standartų ir technologijos instituto fizikas Janas Spilmanas (Ian Spielman) kartu su kolegomis sugalvojo, jog jie galėtų priversti atomus, kurie paprastai būna elektriškai neutralūs, elgtis tarsi šie būtų krūvį turinčios dalelės, patalpintos elektriniame lauke. Taip mokslininkai išplėtė ankstesnius savo tyrimus, kurių metu privertė atomus elgtis kaip krūvį turinčias daleles, patalpintas magnetiniame lauke.

Tyrėjai sukūrė sintetinį elektrinį lauką ultrašaltose kelių šimtų tūkstančių rubidžio atomų dujose. Naudodami lazerį mokslininkai keitė atomų energijos ir judesio kiekio sąryšį – dalis lazerio spinduliuotės judesio kiekio buvo perduodama atomams, todėl šie pradėjo judėti. Jėga, veikianti kiekvieną atomą, yra fiziškai identiška (ir matematiškai lygi) tam, ką krūvį turinti dalelė jaustų elektriniame lauke.

Taigi kol visi neutralūs atomai individualiai jaučia sintetinio elektrinio lauko poveikį, jie nestumia vienas kito, kaip kad darytų krūvį turinčios dalelės, patalpintos įprastiniame elektriniame lauke. Tai labai panašu į patyrusių šokėjų pulkelį, kuomet šokėjai, darniai atkartodami mokytojo judesius, sugeba nesutrukdyti vieni kitiems.

Pasak J. Spilmano, jų atliktas darbas gali padėti mokslininkams nagrinėti Holo efektą – reiškinį, kuomet elektromagnetinis laukas gali priversti krūvį turinčias daleles, judančias laidininku, patirti skersai jų judėjimo kryptimi veikiančios jėgos poveikį. Holo efektas kol kas dar nebuvo stebėtas šaltų atomų sistemose. J. Spilmano ir kolegų darbas taip pat gali palengvinti tokių elektrinių dydžių, kaip varžos ar induktyvumo, atominių atitikmenų matavimus. Sintetiniuose elektriniuose laukuose patalpintų neutralių atomų induktyvumas atitinka energiją, susidarančią dėl atomų judėjimo, o varža – sistemos disipaciją, arba energijos nuostolius. Tokių dydžių matavimas galėtų suteikti naudingos informacijos apie analogiškose sistemose, pavyzdžiui, superlaidininkuose, esančių krūvininkų savybes.

   

Facebook komentarai