Ända sedan den uppfanns, lasern har varit ett ovärderligt verktyg inom fysiken. Det förväntas att en atomlaser - med ljusvågorna ersatta av atomernas kvantvågor - kan ha liknande viktiga tillämpningar, till exempel vid konstruktion av ultraprecisa klockor. En forskargrupp ledd av UvA-forskaren Florian Schreck har nu gjort viktiga framsteg mot skapandet av den första kontinuerliga atomlasern. Teamets resultat publicerades i Fysiska granskningsbrev tidigare i veckan.

I en vanlig laser, ljusvågor bildar ett så kallat koherent tillstånd:när dessa vågor kommer ut ur lasern, de svänger alla på exakt samma sätt, med samma frekvens och samma fas. Kvantmekaniken säger oss att partiklarna som vi är gjorda av, kvarkar, elektroner och till och med hela atomer, har också vågliknande egenskaper. Men kan atomer också försättas i ett sammanhängande tillstånd? Eller kan en laser byggas där vi istället för ljus lyser med atomer?

Att det teoretiska svaret på denna fråga är 'ja' är ett faktum som vilken fysikstudent som helst lätt kan bevisa. Faktiskt, att ha en sådan anordning skulle vara extremt användbar:atomernas kollektiva vibrationer skulle kunna användas till exempel för att mäta ultraexakta atomklockor. Dock, att förvandla teorin till en verkligt fungerande enhet är inte så lätt som det låter. Än så länge, Atomlasrar har skapats genom att extrahera en stråle av atomer från ett så kallat Bose-Einstein-kondensat, ett gasmoln vid mycket låg temperatur där alla atomer befinner sig i samma kvantvågstillstånd. Dock, Att sätta atomerna i samma tillstånd löser bara en del av problemet. För de flesta tillämpningar av en atomlaser, de måste arbeta kontinuerligt. Den verkliga utmaningen är därför att föra atomerna in i samma vågtillstånd tillräckligt snabbt, så att atomlasern har tillgång till en kontinuerlig tillförsel av dessa koherenta partiklar.

Att skapa ett Bose-Einstein-kondensat innebär vanligtvis att man kyler en gas i flera steg under tiotals sekunder. Dock, den extraherade atomlaserstrålen varar bara så länge som atomer finns kvar i kondensatet, vanligtvis en mycket kortare tid på bara bråkdelar av en sekund. Efter den där bråkdelen av sekunden, en ny leverans måste göras, vilket återigen tar tiotals sekunder – och så vidare.

Schreck och hans team, postdoc Benjamin Pasquiou och doktoranderna Shayne Bennetts och Chun-Chia Chen, föreslår nu att uppnå en kontinuerlig försörjning genom att separera de olika kylstegen i rummet istället för tiden. Varje steg äger rum på en annan plats:atomerna kyls ner av vanliga lasrar medan de är på väg till platsen där den slutliga atomlaserstrålen kommer att skapas. Teamet lyckas göra detta genom att på ett smart sätt använda strontiumets speciella egenskaper, ett element med precis rätt elektronisk struktur för att långsamt kylas ned, steg för steg, medan den är "på resande fot".

Med hjälp av deras metoder, Schreck och medarbetare har nu lyckats implementera de första stegen av den kontinuerliga kylningen, leder till den permanenta existensen av ett gasmoln som är mycket kallare och mycket tätare än i något tidigare försök. De visade vidare att deras system ger tillräckligt med kalla atomer för att vara kompatibla med skapandet av ett kontinuerligt existerande Bose Einstein-kondensat. Det sista steget är förstås att göra en atomlaser med hjälp av detta permanenta kondensat – ett steg som enligt Schreck bör ske inom det närmaste året. Det skulle uppfylla hans dröm:att skapa en atomlaser som aldrig behöver stanna för att ladda.