Ultracold atomları lazer ışığı ile yakalamak, araştırmacıların büyütülmesine ve daha sonra bir blobdan başka bir şey gibi görünmek için birbirine çok yakın olan atomların dalga fonksiyonlarını görüntülemesine izin verin
Bir atomun dalga fonksiyonu, şekli değiştirmeden genişleyebilir
Son derece soğuk atomlar, kuantum durumlarını kendi kendine aşmak için sürüklenmiştir, böylece benzeri görülmemiş ayrıntılarla görüntülenebilirler. Bu, araştırmacıların kuantum parçacıklarının süperiletkenler ve süper akışlar gibi garip malzemelerde ne yaptığını daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.
Atomların kuantum durumlarını – yani, dalga fonksiyonlarının şekillerini haritalamak – özellikle bu atomlar katı malzemelerle yakından paketlendiğinde ve birbirleriyle etkileşime girdiğinde görüntülemek genellikle çok zordur. Bu tür malzemelerin kuantum davranışı hakkında bilgi edinmek için, araştırmacılar kuantum özellikleri lazerler ve elektromanyetik radyasyon ile kontrol edilebilen ve katı malzemelerdeki atomların düzenlenmesini taklit eden sıkı paketlenmiş dizilere monte edilebilen aşırı soğuk atomlara yönelir.
Almanya’daki Heidelberg Üniversitesi’ndeki Sandra Brandstetter ve meslektaşları, bu tür ultra koltlu atomların dalga fonksiyonlarını görüntülemelerini daha da kolaylaştırmak için 50 kat büyütmenin bir yolunu geliştirdiler.
Nihai soğukluk sınırı olan mutlak sıfırın sadece birkaç milyonunun bir derecesinin sadece birkaç milyonda bir sıcaklıkta yaklaşık 30 lityum atomu ile başladılar. Araştırmacılar, bu atomları tek bir düz düzlemle sınırlamak ve kuantum durumlarını kontrol etmek için lazer kullandılar ve onları ışıktan yapılmış bir tuzakta etkili bir şekilde tutmak için kullandılar. Daha sonra, ekip bu ışığın özelliklerini değiştirdi, tuzağı atomların dalga fonksiyonlarının daha büyük olması, ancak şekli değiştirmemesi için doğru şekilde gevşetildi – bunları etkili bir şekilde büyüttü. Brandstetter, ışığı bu şekilde ayarlamanın bir mikroskopta büyüteç lenslerini hizalamak gibi olduğunu söylüyor.
Bu adımdan sonra ekip, daha önce analiz edilmesi imkansız olan dalga fonksiyonlarının ince ayrıntılarını görüntülemek için iyi kurulmuş atom tespit yöntemleri kullandı. Brandstetter, “Sistemi önceden büyütmeden görüntüler olsaydık, sadece herhangi bir yapıyı çözme yeteneğinden yoksun olan tek bir leke görürüz” diyor.
O ve meslektaşları tekniği birkaç atom düzenlemesini analiz etmek için kullandılar. Örneğin, birbirleriyle etkileşime giren bir çift atom hayal ettiler, esasen bir molekül oluşturdular – ancak büyütme nedeniyle ekip her atomu ayrı ayrı çözebilir. Yeni deneydeki en karmaşık sistem, her biri farklı kuantum dönüşleri olan 12 etkileşen atomdan oluşuyordu, malzemelerin manyetik davranışını belirleyen bir özellik.
İngiltere’deki Durham Üniversitesi’ndeki Jonathan Mortlock, daha önce benzer büyütme teknikleri test edilirken, yeni deney, bir dizi içindeki bireysel atomların kuantum davranışını tespit etmek için yaklaşımı kullanan ilk deney olduğunu söylüyor. Böyle bir ayrıntıya daha önce erişimi imkansız olmuştur.
Şimdi, ekip, sıfır viskozite ile akabilen veya mükemmel verimlilikle elektrik gerçekleştirebilen bir sıvı oluşturmak için Fermyons adlı iki kuantum parçacığı eşleştiğinde ne olduğunu analiz etmek için tekniği kullanmak istiyor. Bu madde durumları, daha iyi elektronik cihazlar oluşturmak için yararlı olabilir, ancak hedef araştırmacıların fermiyonların neyin eşleşmesini sağladığını ve eşleştirme gerçekleştikten sonra kuantum durumlarına ne olacağı konusunda çok daha derin bir anlayışa ihtiyaç duyacağını fark etmek. Brandstetter, yeni teknikle, araştırmacılar bir çift ultra kollu fermiyonik atom oluşturabilir ve daha sonra büyütülmüş dalga fonksiyonunu bulmak için görüntüleyebilir.
