Atomlar toqquşduqda onların dəqiq strukturu – məsələn, sahib olduqları elektronların sayı və ya nüvələrinin kvant spini – onların bir-birindən necə sıçrayışları haqqında çox şey deyir. Bu, xüsusilə, kvant mexaniki təsirlərin gözlənilməz hadisələrə səbəb olduğu Kelvinə yaxın sıfıra qədər soyudulmuş atomlar üçün doğrudur. Bu soyuq atomların toqquşması bəzən daxil olan lazer işığından qaynaqlana bilər, nəticədə toqquşan atom cütü çoxlu enerjini ayırmadan və sərbəst buraxmadan qısamüddətli molekulyar vəziyyət əmələ gətirir.

Çox tez baş verə bilən bu işıq yardımlı toqquşmalar geniş kvant elmi tətbiqlərinə təsir edir, lakin əsas mexanizmlərin bir çox detalları yaxşı başa düşülmür.

Physical Review Letters jurnalında dərc olunan yeni araşdırmada JILA Fellow və Kolorado Boulder Universitetinin fizika professoru Sindi Regal, JILA-nın keçmiş əməkdaşı Xose D’İnkao (hazırda Massaçusets Universitetində, Bostonda fizika üzrə dosentdir) və onların komandaları işıqlandırma texnologiyası üzrə yeni təcrübi və tədqiqat metodlarını hazırladılar. toqquşmalar kiçik atom enerjisinin parçalanmasının mövcudluğunda baş verir.

Onların nəticələri , komandanın ayrı-ayrı atom cütlərinin məhsullarını təcrid etmək və tədqiq etmək üçün istifadə etdiyi optik cımbızlara – fərdi atomları tutmağa qadir olan fokuslanmış lazerlərə əsaslanır .

Onların tədqiqatı bu xüsusi atom toqquşmalarının necə baş verdiyinə dair yeni anlayışlar təklif edir, atom massivlərindən və hətta molekullardan istifadə edərək kvant sistemlərinin təqlid edilməsində tətbiqlər üçün atomları daha effektiv idarə etmək problemini həll etməyə kömək edir.

Toqquşma tapmacası

Fiziklər optik maqqaş təcrübələrində atomlar üzərində nəzarəti təkmilləşdirmək üzərində işləyərkən, məqalənin ilk müəllifi olan JILA aspirantı Stiven Pampel, işıq yardımı ilə toqquşmaların baş vermə sürətinin müxtəlif şəraitlərdə necə dəyişdiyini daha yaxşı başa düşmək istədi. İşıq, əsasən atom keçidləri ilə bağlı tezliyindən asılı olaraq vəhşi nəticələr yarada bilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1739953172&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-quantum-billiard-balls-deeper-atomic.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTk3Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciXV0sMF0.&dt=1739953171940&bpp=1&bdt=66&idt=99&shv=r20250213&mjsv=m202502130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739952699%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739952699%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739952699%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=1345787911150&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2206&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31090341%2C42531705%2C95330278%2C31090357%2C95347432%2C95350015&oid=2&pvsid=1752070818594418&tmod=1093248940&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=103

“İşıq yardımı ilə toqquşmalar, ultra soyuq atom qazları dünyasında tez-tez tolere edilən enerji ilə müqayisədə böyük miqdarda enerji yarada bilər” dedi Regal. “Bu enerji toqquşan atomlara verilir, onlar atomların tipik tələlərdən qaçmasına səbəb olacaq qədər böyük olduqları üçün pis hesab edilə bilər. Lakin bu toqquşmalar bu enerjini idarə etmək mümkün olduqda da faydalı ola bilər.”

Əslində, Regal qrupu və bütün dünya üzrə digər qruplar əvvəllər bu enerjidən atomların optik maqqaşlara necə yüklənəcəyini öyrənmək üçün istifadə ediblər. Bununla belə, bu cür enerjinin sərbəst buraxılmasına səbəb olan toqquşma prosesinin daha əhatəli nəzəri anlayışını əldə etmək çətin idi, xüsusən də atomun yüksək incə quruluşunu – atomun nüvə spini ilə atomun elektronlarından bucaq momentumu arasındakı birləşmə nəticəsində yaranan kiçik enerji sürüşmələrini nəzərə alaraq.

İşıq yardımlı toqquşmaların əsas modeli onilliklər ərzində başa düşülür. Əslində, bu model JILA Fellow Allan Gallagher və MIT-nin əməkdaşı Prof. David Pritchard tərəfindən hazırlanmışdır. Lakin son vaxtlara qədər işıqla köməkli toqquşmalar haqqında anlayışımız milyonlarla atomu ehtiva edən çox böyük optik tələlərdən gəlirdi, burada atomları məhdudlaşdıran eyni işığın da toqquşmalara səbəb olması, işığın tezliyi və kiminsə əldə edə biləcəyi məlumat üzərində nəzarəti məhdudlaşdırır.

Kvant bilyard oyununda bölünmüş kadr

Toqquşmaların nə qədər sürətlə baş verdiyini müəyyən etmək üçün Regalın laboratoriyasındakı tədqiqatçılar optik cımbızda tam olaraq iki rubidium atomu hazırlayaraq təcrübələrinə başladılar. Bunu həyata keçirmək üçün komanda tək atomların iki ayrı optik cımbızla yükləndiyi və sonra atomların tək optik tələyə birləşdirildiyi bir texnikadan istifadə etdi. Birləşdikdən sonra, iki atom arasında toqquşmaları idarə etmək üçün diqqətlə idarə olunan lazer işığı nəbzi tətbiq edildi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .Abunə ol

Bu toqquşma lazer işığı atomları həyəcanlandıraraq, hər iki atomun bir fotonu uda biləcəyi kvant superpozisiya vəziyyəti yaratdı, lakin hansının olduğu aydın deyildi. Bu vəziyyətdə, elektron qüvvələr başqa cür olduğundan daha böyük məsafələrdə hərəkət edir və atomlara o qədər böyük miqdarda kinetik enerji verir ki, onlar tələdən qaçırlar. Bu “kvant bilyard topları” oyununda foton eyni vaxtda digər iki topa (atomlara) parçalanaraq onları masadan uçuran replika topu kimi idi.

Komanda daha sonra toqquşma işığının tezliyini, yəni foton “işarəsinin” enerjisini dəyişdi və atom cütlərinin optik maqqaşdan nə qədər tez qaçdığını ölçdü.

Pampel əlavə edir: “Biz lazeri müəyyən bir tezlikdə təyin etdik, sonra tələdə neçə atomun qaldığını görmək üçün toqquşma işığının müddətini dəyişdik”. “Bundan biz atomların nə qədər tez toqquşduğunu və qaçmaq üçün kifayət qədər enerji qazandıqlarını müəyyən edə bildik. Bu prosesi müxtəlif tezliklərdə təkrarlamaqla, bu toqquşmalarda hiper incə quruluşun təsirinin xəritəsini çıxara bildik.”

Bu proses tədqiqatçılara atomların itki dərəcələrini kəmiyyətcə və əvvəllər heç vaxt görülməmiş yüksək incə təsirlərlə əlaqəli ölçməyə imkan verdi.

Yeni təsvir üsulları və kvazi-molekulyar vəziyyətlər

Təcrübələr zamanı komanda toqquşmadan sonra hər iki atomun tələdə qalıb-qalmadığını dəqiq müəyyən etmək üçün yeni görüntüləmə texnikası hazırlayıb. Bu texnika çox vacib idi, çünki optik cımbızlardakı standart görüntüləmə üsulları toqquşma zamanı təsadüfən hər iki atomu tələdən çıxaracaq və toqquşma işığının və ya təsvir işığının atomları qovduğunu söyləmək mümkün deyildi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=809300024&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1739953196&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-quantum-billiard-balls-deeper-atomic.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTk3Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciXV0sMF0.&dt=1739953172055&bpp=2&bdt=181&idt=2&shv=r20250213&mjsv=m202502130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739953172%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739953172%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739953172%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x188%2C1903x945&nras=2&correlator=1345787911150&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=4267&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=499&eid=31090341%2C42531705%2C95330278%2C31090357%2C95347432%2C95350015&oid=2&psts=AOrYGsk8srYxeFjUKc0oyqWU9PqfiwTcsJwOv_icd5sCLvTrjKXXls1xAR5cq23-UHqEBNgOI7sW7Lf2WgxKy88jWRHrUr47&pvsid=1752070818594418&tmod=1093248940&uas=1&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=5&uci=a!5&btvi=2&fsb=1&dtd=24457

Pampel izah edir: “Biz çox vaxt yalnız bir atomun qovulduğu xüsusi bir işıq yardımlı toqquşma növündən istifadə edən bir üsul tapdıq”. “Bu, tək bir atomu aşkar etməklə iki atomun varlığını müəyyən etməyə imkan verdi. Bu mexanizm adətən tək atomları cımbızlara yükləmək üçün istifadə olunur, lakin biz onun iki atomlu aşkarlama məqsədləri üçün daha idarə olunan şəraitdə də istifadə oluna biləcəyini göstərdik.”

Tədqiqatçılar həmçinin onların eksperimental nəticələrini başa düşmək üçün nəzəri model işləyib hazırladılar, xüsusən də işıq tezliyinin müəyyən hiper incə vəziyyətlərə yaxın olmasının digər yüksək incə vəziyyətlərdən fərqli dərəcələrlə nəticələndiyini.

D’İnkao deyir: “İşığın mövcudluğunda toqquşan iki atom üçün potensial enerji əyrilərinin xəritəsini çəkmək və yüksək incə qarşılıqlı əlaqə, yalnız atomun incə strukturunu – elektronun spini və bucaq momentumu arasındakı qarşılıqlı əlaqəni nəzərə alan əvvəlki işlərdən daha mürəkkəb təhlil tələb edirdi”.

“Bundan əlavə, biz toqquşma modelini yaratdıq ki, bu da bizə bir çox hiperincə asılı molekulyar vəziyyətlərin toqquşma sürətlərinə və sərbəst buraxılan enerjinin miqdarına necə səbəb olduğunu daha yaxşı başa düşməyə imkan verir ” dedi Pampel. Bu model digər atom elementlərinin oxşar vəziyyətlərdə necə davrana biləcəyini təxmin etməyə kömək edən rubidium atomlarından kənara da genişləndirilə bilər.

Dəqiqliyə doğru itələyir

Uzun müddət davam edən tapmacaya yeni işıq salmaqdan əlavə, bu tapıntılar atom toqquşmalarına nəzarətin müvəffəqiyyət üçün vacib olduğu kvant hesablamaları, metrologiya və çoxlu bədən fizikası kimi tələyə düşmüş neytral atomlarla müxtəlif cəhdlərə təsir göstərə bilər.

Atom toqquşmalarının onların hiper incə strukturlarına əsaslanaraq necə davranacağını təxmin etmək bacarığı, çox güman ki, lazerlə soyutma üsullarını, molekulyar kvant elmini və kvant əsaslı texnologiyaların növbəti nəslini inkişaf etdirmək üçün faydalı olacaq.

Ətraflı məlumat: Steven K. Pampel et al, Hyperfine Spectrum üzrə Optik Maqqaşlarda İşıqla Yardımlı Toqquşmaların Kəmiyyətinin Təsdiqlənməsi, Fiziki Baxış məktubları (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.013202 . arXiv- də : DOI: 10.48550/arxiv.2408.15359

Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal məktubları , arXiv  

JILA tərəfindən təmin edilmişdir