Blackbody -attraktionen mellan en varm volframcylinder och en cesiumatom är 20 gånger starkare än gravitationen mellan dem. Upphovsman:Holger Müller, UC Berkeley
Vår fysiska attraktion för heta kroppar är verklig, enligt UC Berkeley fysiker.
För att vara tydlig, de pratar inte om sexuell attraktion till en "het" människokropp.
Men forskarna har visat att ett glödande objekt faktiskt lockar till sig atomer, tvärtemot vad de flesta - inklusive fysiker - skulle gissa.
Den lilla effekten är ungefär som den effekt en laser har på en atom i en enhet som kallas optisk pincett, som används för att fånga och studera atomer, en upptäckt som ledde till Nobelpriset i fysik 1997 som delades av den tidigare UC Berkeley -professorn Steven Chu, nu på Stanford, Claude Cohen-Tannoudji och William D. Phillips.
Fram till för tre år sedan, när en grupp österrikiska fysiker förutspådde det, ingen trodde det vanliga ljuset, eller till och med bara värmen som avges av ett varmt föremål - det infraröda skenet du ser när du tittar genom mörkerseende - kan påverka atomer på samma sätt.
UC Berkeley fysiker, som är expert på att mäta minutkrafter med hjälp av atominterferometri, utformat ett experiment för att kolla upp det. När de mätte kraften från den så kallade svartkroppsstrålningen från en varm volframcylinder på en cesiumatom, förutsägelsen bekräftades.
Attraktionen är faktiskt 20 gånger gravitationsattraktionen mellan de två föremålen, men eftersom tyngdkraften är den svagaste av alla krafter, effekten på cesiumatomer - eller vilken atom som helst, molekyl eller större objekt - är vanligtvis för liten att oroa sig för.
"Det är svårt att hitta ett scenario där denna kraft skulle sticka ut, "sa medförfattaren Victoria Xu, en doktorand vid fysikavdelningen vid UC Berkeley. "Det är inte klart att det har någon betydande effekt någonstans. Ändå."
När tyngdkraftsmätningarna blir mer exakta, fastän, effekter denna lilla behöver beaktas. Nästa generations experiment för att upptäcka gravitationella vågor från rymden kan använda laboratoriebänks atominterferometrar istället för de kilometerlånga interferometrarna som nu är i drift. Interferometrar kombinerar vanligtvis två ljusvågor för att upptäcka små förändringar i avståndet de har rest; atominterferometrar kombinerar två materievågor för att upptäcka små förändringar i gravitationen som de har upplevt.
Den blanka volframcylindern kan ses överst genom ett fönster in i atominterferometerns vakuumkammare. Cesiumatomerna lanseras uppåt genom den cirkulära öppningen nedanför cylindern. Upphovsman:Holger Müller lab, UC Berkeley
För mycket exakt tröghetsnavigering med atominterferometrar, denna kraft måste också beaktas.
"Denna svartkroppsattraktion påverkar var som helst krafter mäts exakt, inklusive precisionsmätningar av grundkonstanter, tester av allmän relativitet, gravitationsmätningar och så vidare, "sa seniorförfattaren Holger Müller, docent i fysik. Xu, Müller och deras UC Berkeley -kollegor publicerade sin studie i decembernumret av tidskriften Naturfysik .
Optisk pincett
Optisk pincett fungerar eftersom ljus är en superposition av magnetiska och elektriska fält - en elektromagnetisk våg. Det elektriska fältet i en ljusstråle får laddade partiklar att röra sig. I en atom eller en liten sfär, detta kan skilja positiva laddningar, som kärnan, från negativa laddningar, som elektronerna. Detta skapar en dipol, låta atomen eller sfären verka som en liten stångmagnet.
Det elektriska fältet i ljusvågen kan sedan flytta den inducerade elektriska dipolen runt, precis som du kan använda en stångmagnet för att skjuta runt en bit järn.
Med mer än en laserstråle, forskare kan sväva en atom eller pärla för att genomföra experiment.
Med svag, osammanhängande ljus, som svartkroppsstrålning från ett hett föremål, effekten är mycket svagare, men fortfarande där, Müllers team hittade.
De mätte effekten genom att placera en utspädd gas av kalla cesiumatomer - nedkylda till tre miljoner av en grad över absolut noll (300 nanoKelvin) - i en vakuumkammare och starta dem uppåt med en snabb puls av laserljus.
Hälften får en extra kick upp mot en tumlång volframcylinder som lyser vid 185 grader Celsius (365 grader Fahrenheit), medan den andra halvan förblir okänd. När de två grupperna av cesiumatomer faller och möts igen, deras materievågor stör, låta forskarna mäta fasskiftet som orsakas av volfram-cesium-interaktionen, och därmed beräkna attraktionskraften hos svartkroppsstrålningen.
"Folk tror att svartkroppsstrålning är ett klassiskt koncept inom fysik - det var en katalysator för att starta den kvantmekaniska revolutionen för 100 år sedan - men det finns fortfarande häftiga saker att lära sig om det, "Sa Xu.
