فیزیکدانان مدعی ساخت لیزر اتمی شدند که برای همیشه کار می‌کند

فیزیکدانان توانسته‌اند یک پرتو از اتم‌ها ایجاد کنند که رفتاری مشابه لیزر دارد. این پرتو یا لیزر اتمی می‌تواند بطور تئوری برای همیشه روشن و فعال بماند. اگرچه هنوز برای دستیابی به چنین دستاوردی موانعی پیش روی دانشمندان وجود دارد، اما با یک قدم مهم و بزرگ روبه‌رو هستیم.

در لیزر اتمی، پرتویی از اتم‌ها وجود دارد که به صورت یک موج حرکت می‌کند و شاید روزی بتوان از آن‌ها برای آزمایش ثابت‌های بنیادی فیزیک استفاده کرد و در مهندسی از آن بهره برد.

اولین لیزر اتمی در سال 1996 توسط فیزیکدانان MIT خلق شد و مفهوم ساده‌ای داشت: همانطور که لیزرهای مبتنی بر نور سنتی از فوتون‌هایی تشکیل شده‌اند که با امواج خود به صورت هماهنگ حرکت می‌کنند، لیزری که از اتم‌ها ساخته می‌شود هم به ماهیت موج مانند خود نیاز دارد تا بتوان به عنوان یک پرتو آن را منتقل کرد. اما مانند بسیاری از مسائل در دنیای علم، تئوری از واقعیت ساده‌تر است.

لیزر اتمی و چگالش بوز–اینشتین

ریشه یک لیزر اتمی، حالت پنجم ماده یا «چگالش بوز–اینشتین» (BEC) است. این حالت با خنک‌سازی بسیار زیاد ابری از بوزون بدست می‌آید. دما به اندازه‌ای پایین می‌آید که اتم‌ها به پایین‌ترین حد انرژی خود می‌رسند، اما کاملا متوقف نمی‌شوند. در این حالت، خواص کوانتومی ذرات تداخلی با یکدیگر ایجاد نمی‌کنند.

در این شرایط آن‌ها به اندازه‌ای به یکدیگر نزدیک می‌شوند که نوعی همپوشانی شکل می‌گیرد و نتیجه‌اش، ایجاد ابری متراکم از اتم‌هاست که می‌تواند مشابه یک سوپر اتم یا موج مادی رفتار کند. با این وجود، برخی مواقع BECها رفتار متناقضی از خودشان نشان می‌دهد. در حقیقت آن‌ها بسیار شکننده‌اند و حتی نور می‌تواند آن‌ها را از بین ببرد. به دلیل همین ویژگی‌ها ساخت لیزر اتمی با عملکرد بلندمدت یک چالش به حساب می‌آید.

اما حالا دانشمندان در دانشگاه «آمستردام» هلند برای دستیابی به چنین هدفی به این موضوع پی بردند که باید یک چیز تغییر دهند. به گفته فیزیکدان دانشگاه آمستردام، «فلوریان شرک» نحوه خنک‌سازی اتم‌ها تغییر کرده است:

«در آزمایش‌های قبلی، سرد کردن تدریجی اتم‌ها در یک مکان انجام می‌شد، اما ما تصمیم گرفتیم که مراحل خنک‌سازی را نه تنها در طول زمان، بلکه در فضا هم پخش کنیم. ما اتم‌ها را مجبور کردیم که در مراحل متوالی خنک‌سازی، حرکت کنند. در پایان اتم‌های فوق سرد به قلب آزمایش رسیدند، جایی که می‌توان از آن‌ها برای تشکیل امواج ماده منسجم در یک BEC استفاده کرد. اما در حالی که این اتم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، اتم‌های جدیدی در راهند تا BEC را دوباره پر کنند. با این روش می‌توانیم فرایند را برای همیشه ادامه دهیم.»

با وجود چالش‌هایی که برای این روش وجود داشت، دانشمندان با موفقیت یک لیزر مداوم از چگالش بوز–اینشتین خلق کردند و امیدوارند از این لیزر بتوان برای ایجاد یک پرتو خروجی پایدار از ماده استفاده کرد.

اگر دانشمندان موفق به توسعه چنین لیزرهایی شوند، نه تنها می‌توانند برای همیشه کار کنند، بلکه امکان تولید پرتوهای پایدار را هم خواهند داشت؛ پرتوهایی که می‌توانند کاربردهای بی حد و حصری داشته باشند. نتیجه کار پژوهشگران در ژورنال «نیچر» منتشر شده است.