Ultraljudatomer fångade i lämpligt förberedda optiska fällor kan ordna sig i förvånansvärt komplexa, hittills obemärkta strukturer, enligt forskare från Institute of Nuclear Physics vid Polska vetenskapsakademien i Krakow. I linje med deras senaste förutsägelser, materia i optiska gitter bör bilda drag- och inhomogena kvantringar på ett kontrollerat sätt.

Ett optiskt gitter är en struktur byggd av ljus, dvs elektromagnetiska vågor. Lasrar spelar en nyckelroll i konstruktionen av sådana galler. Varje laser genererar en elektromagnetisk våg med strikt definierade, konstanta parametrar som nästan kan godtyckligt modifieras. När laserstrålarna matchas korrekt, det är möjligt att skapa ett galler med välkända egenskaper. Genom överlappning av vågor, minsta möjliga potential kan erhållas, vars arrangemang möjliggör simulering av de system och modeller som är välkända från solid state-fysik. Fördelen med sådana förberedda system är det relativt enkla sättet att ändra positioner för dessa minima, vad i praktiken innebär möjligheten att förbereda olika typer av galler.

"Om vi ​​introducerar lämpligt utvalda atomer i ett utrymme som har förberetts på detta sätt, de kommer att samlas på platser med potentiella minima. Dock, det finns ett viktigt villkor:atomerna måste kylas till extremt låga temperaturer. Först då kommer deras energi att vara tillräckligt liten för att inte bryta ut ur den subtila förberedda fällan, "förklarar Dr Andrzej Ptok från Institute of Nuclear Physics vid Polska vetenskapsakademien (IFJ PAN) i Krakow.

Strukturer som bildas av atomer (eller grupper av atomer) fångade i det optiska gallret liknar kristaller. Beroende på laserstrålarnas konfiguration, de kan vara en-, två- eller tredimensionella. Till skillnad från kristaller, de är defektfria. Vad mer, medan i kristaller är möjligheten att modifiera gitterets struktur försumbar, optiska gitter är ganska enkla att konfigurera. Allt som behövs för att ändra laserljusets egenskaper eller strålarnas skärvinklar. Dessa funktioner gör optiska gitter populära som kvantsimulatorer. De kan användas för att reproducera olika rumsliga konfigurationer av atomer eller grupper av atomer, inklusive även de som inte finns i naturen.

I sin forskning, forskarna från IFJ PAN arbetar med instängda atomer i optiska gitter. Grupper av fermioner, dvs atomer med spinn på 1/2 (spin är en kvantfunktion som beskriver partiklarnas rotation) placerades på deras ställen. På varje plats hade ett visst antal atomer centrifugeringen orienterad i en riktning (uppåt), och resten - i motsatt riktning (nedåt). Modifiering av interaktionen mellan atomer på ett sådant sätt att det är attraktivt leder till skapandet av par av atomer, som motsvarar Cooper -paren i supraledare - elektronpar med motsatta snurr i samma gitterplats.

"Parametrarna för det optiska gitteret kan användas för att påverka interaktionen mellan atomer för olika snurr som fångats på enskilda platser. Dessutom, på så sätt kan en stat förberedas, som efterliknar tillämpade externa magnetfält på systemet. Det ges genom att styra proportionerna mellan antalet atomer i olika spinn, "säger Dr Konrad J. Kapcia från IFJ PAN och konstaterar att system som är förberedda på detta sätt kan reproducera effekterna av relativt stora magnetfält utan att behöva använda dessa fält." Detta är möjligt eftersom vi vet hur ett givet magnetfält skulle påverka skillnaden mellan antalet partiklar med motsatta snurr, "förklarar forskare.

Enligt förutsägelserna från de krakowbaserade fysikerna, en intressant fasseparation bör ske i system som är förberedda på detta sätt. Som ett resultat, kärnskalstruktur som bildas av materia fångad i ett optiskt gitter, en kärna av parade atomer i en fas, omgiven av ett skal av parade atomer från den andra fasen, bildas automatiskt.

"Hela situationen kan representeras av ett välsmakande exempel. Föreställ dig en tallrik ris med en tjock sås. Genom att förbereda tallriken ordentligt, vi kan påverka den relativa positionen mellan riset och såsen. Till exempel, vi kan förbereda systemet på ett sådant sätt att riset kommer att vara i mitten, medan såsen bildar en ring runt den. Av samma ingredienser kan vi också konstruera det omvända systemet:i mitten av tallriken kommer det att finnas såsen omgiven av en ring av riset. I vårat fall, plattan är den optiska fällan med atomer och deras par, och riset och såsen är de två faserna, gruppera olika typer av atompar, "Dr Ptok beskriver.

Fysikernas arbete från IFJ PAN, publicerad i Vetenskapliga rapporter , är av teoretisk karaktär. På grund av deras enkelhet, dock, de beskrivna systemen för ultrakylda atomer i optiska fällor kan snabbt verifieras i laboratorieexperiment. Fysiker från IFJ PAN förutspådde att ultrakylda atomer fångade i optiska galler kan bilda kvantringar med en inhomogen struktur.