Tecnologia Científica

O laser Atom cria padraµes reflexivos semelhantes a  luz
Em experimentos na Washington State University, os cientistas desenvolveram uma técnica para ver esses ca¡usticos de onda de matéria, colocando obsta¡culos atrativos ou repulsivos no caminho de um laser de a¡tomo frio.
Por Washington State University - 10/12/2021


Um a¡tomo de laser fluindo de cima para baixo cria um "ca¡ustico", um padrãorefratado como aquele geralmente feito pela luz, ao encontrar um obsta¡culo. Crédito: Washington State University

Resfriados a quase zero absoluto, os a¡tomos não apenas se movem em ondas como a luz, mas também podem ser focados em formas chamadas ca¡usticas, semelhantes aos padraµes de reflexa£o ou refração que a luz faz no fundo de uma piscina ou atravanãs de uma taa§a de vinho curva.

Em experimentos na Washington State University, os cientistas desenvolveram uma técnica para ver esses ca¡usticos de onda de matéria, colocando obsta¡culos atrativos ou repulsivos no caminho de um laser de a¡tomo frio. Os resultados são caºspides ou dobras curvas, em forma de "V" para cima ou para baixo, que os pesquisadores descrevem em um artigo para a Nature Communications .

Embora seja uma pesquisa fundamental, esses ca¡usticos tem aplicações potenciais para medição altamente precisa ou dispositivos de cronometragem, como interfera´metros e rela³gios ata´micos .

"a‰ uma bela demonstração de como podemos manipular as ondas de matéria de uma forma muito semelhante a como se manipularia a luz ", disse Peter Engels, distinto professor da WSU Yount e autor saªnior do artigo. "Um a¡tomo éacelerado pela gravidade, portanto, podemos imitar efeitos que seriam muito difa­ceis de ver com a luz. Além disso, como os a¡tomos respondem a muitas coisas diferentes, podemos explorar isso para novos tipos de sensores que são particularmente bons em detectar campos magnanãticos, gradientes em campos elanãtricos ou na gravidade. "

Para alcana§ar esses efeitos, primeiro os cientistas tiveram que criar um dos lugares mais frios da Terra, o que eles foram capazes de realizar no laboratório de Fa­sica Qua¢ntica Fundamental na WSU. Engels e seus colegas usaram lasers a³pticos para tirar energia de uma nuvem atômica presa dentro de uma ca¢mara de va¡cuo, resfriando-a muito perto do zero absoluto (-273,15 graus Celsius ou -459,67 graus Fahrenheit).

Esse frio extremo faz com que os a¡tomos se comportem de maneira meca¢nica qua¢ntica de maneiras muito diferentes das conhecidas leis da natureza. Nessas condições, em vez de se comportar comopartículas de matéria, os a¡tomos se movem como ondas. Nuvens formadas por esses a¡tomos são conhecidas como condensados ​​de Bose-Einstein, em homenagem aos teóricos cujo trabalho primeiro previu este estado da matéria, Albert Einstein e Satyendra Nath Bose.

No processo de explorar esses condensados, os pesquisadores da WSU criaram um laser de a¡tomo frio, o que significa que os a¡tomos em forma de onda começam a se alinhar em uma coluna e se mover juntos.

"Um laser de luz éum fluxo coerente e colimado de fa³tons, e estamos essencialmente fazendo isso com a¡tomos", disse Maren Mossman, a primeira autora do artigo que trabalhou no projeto como pa³s-doutoranda na WSU e agora éClare Boothe Luce professora assistente de física na Universidade de San Diego. "Os a¡tomos meio que andam juntos e se comportam como um objeto. Então, decidimos ver o que aconteceria se cutucarmos isso."

Para este estudo, os pesquisadores "cutucaram" o laser ata´mico, colocando obsta¡culos a³pticos em seu caminho, essencialmente projetando comprimentos de onda específicos de luzes de laser no fluxo acelerado de a¡tomos. Um tipo de obsta¡culo repeliu os a¡tomos e produziu ca¡usticos em formas de dobra para baixo; outro os atraiu fazendo ca¡usticos em formas de caºspides ascendentes.

O sistema também émuito ajusta¡vel, disseram os pesquisadores, o que significa que eles podem alterar a velocidade de aceleração dos a¡tomos.

"Os ca¡usticos em lasers ata´micos nunca foram realmente estudados com essa flexibilidade", disse Engels.

Além de Engels e Mossman, os coautores incluem Michael Forbes, professor associado da WSU no Departamento de Fa­sica e Astronomia e Thomas Bersano, ex-bolsista de pa³s-doutorado da WSU agora no Laborata³rio Nacional de Los Alamos.

 

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