Το ισχυρότερο ατομικό λέιζερ αναπτύχθηκε στην Κρήτη. Scientists overcome fundamental atom laser limit to build brightest atom laser to date

Έλληνες ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα λέιζερ ατόμων που είναι επτά φορές πιο ισχυρό από το προηγούμενο. Οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον γερμανικής καταγωγής φυσικό Βολφ φον Κλίτσινγκ και τη μεταδιδακτορική ερευνήτρια Βασιλική Μπόλπαση, του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής & Λέιζερ του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας στην Κρήτη, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο διεθνές επιστημονικό περιοδικό «New Journal of Physics». In a new study published in the New Journal of Physics, researchers from Greece and Singapore have demonstrated a novel, ultra-bright atom laser that overcomes this fundamental atom laser limit, achieving a flux of 10⁷ atoms per second, which is seven times brighter than the brightest atom lasers to date. Using the same technique, the researchers also created an ultra-cold atom beam, which at just 200 nanoKelvin (nK) is two orders of magnitude colder than any atom beam reported to date.

Ένα λέιζερ που αναπτύχθηκε από ερευνητές στην Κρήτη και εκπέμπει άτομα αντί για φως είναι το ισχυρότερο του είδους του στον κόσμο.

Τρία διαφορετικά λέιζερ ατόμων από το εργαστήριο του ΙΤΕ στο Ηράκλειο. The new atom laser technique can be used to create different types of lasers. These figures show the atom density distributions of (a) a well-collimated atom laser beam, (b) an ultra-high flux atom laser, and (c) an atom beam combining an atom laser and thermal emission. Credit: Bolpasi, et al. ©2014 IOP Publishing

Ο όρος «λέιζερ ατόμων» είναι ελαφρώς παραπλανητικός, αφού το ακρωνύμιο laser (light amplification by stimulated emission of radiation) αφορά εξ΄ορισμού την εκπομπή φωτός. Παρόλα αυτά, η λέξη λέιζερ περιγράφει με ακρίβεια τη λειτουργία της νέας συσκευής, η οποία εκπέμπει μια συνεκτική δέσμη ύλης που συμπεριφέρεται ως κύμα.

Τα λέιζερ ατόμων θα μπορούσαν να βρουν σημαντικές πρακτικές εφαρμογές, κυρίως στην έρευνα, μέχρι σήμερα όμως ήταν υπερβολικά αδύναμα.

Το Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) ξεκίνησε τη λειτουργία του το 1983 και είναι ένα από τα μεγαλύτερα και πιο άρτια οργανωμένα, εξοπλισμένα και στελεχωμένα ερευνητικά κέντρα της χώρας. Εποπτεύεται από τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ) του Υπουργείου Παιδείας και Θρησκευμάτων. Η έδρα του και η Κεντρική του Διεύθυνση βρίσκονται στο Ηράκλειο της Κρήτης. The Foundation for Research and Technology-Hellas (FORTH), established in 1983, is one of the largest research centers in Greece with well organized facilities, highly qualified personnel and a reputation as a top-level research foundation worldwide. FORTH reports to the General Secretariat for Research and Technology of the Hellenic Ministry of Education and Religious Affairs. The Foundation, with headquarters in Heraklion.

Το νέο λέιζερ που αναπτύχθηκε στο Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) προσφέρει τώρα επτά φορές υψηλότερη ροή ατόμων σε σχέση με τον προηγούμενο κάτοχο του ρεκόρ. Η ροή φτάνει τα 40 εκατομμύρια άτομα ανά δευτερόλεπτο, αναφέρει η ομάδα του Δρ Βολφ φον Κλίτσινγκ στο New Journal of Physics.

A beam of identical atoms, shown in red, pour out of a Bose-Einstein Condensate, shown in blue, to form an atomic laser. Atomic lasers may make a whole new generation of sensors possible. This is a shadow image. To capture it the researchers fire a near resonant laser at the condensate and the atom laser beam. The atoms scatter photons out of the laser beam leaving a ‘shadow’ which is directly proportional to the local atomic density, just like sunlight shinning through a cloud. This shadow is then imaged onto a CCD detector and what you see is simply the raw data from the experiment - a density map of the atom laser.

Όπως ισχύει και σε άλλα ατομικά λέιζερ, η πειραματική διάταξη αντλεί άτομα από ένα «συμπύκνωμα Μπόζε-Άινσταϊν», ένα νέφος αερίου κατεψυγμένο κοντά στο απόλυτο μηδέν, στο οποίο όλα τα άτομα συμπεριφέρονται ως μια ενιαία κβαντική οντότητα.

Ισχυρά ραδιοκύματα αποσπούν άτομα από τη μαγνητική παγίδα που συγκρατεί το συμπύκνωμα και τα διοχετεύουν στη συνεκτική δέσμη του λέιζερ.

Εκτός όμως του ότι αύξησαν τη ροή ατόμων, τη λεγόμενη «λαμπρότητα» του λέιζερ, οι ερευνητές κατάφεραν επίσης να παραγάγουν δέσμες από εξαιρετικά κρύα άτομα, σε θερμοκρασία μόλις 200 nanokelvin.

Ms. Bolbasi Vassiliki.

Στο μέλλον, αναφέρει η ερευνητική ομάδα, με πρώτη συγγραφέα τη μεταδιδακτορική ερευνήτρια Βασιλική Μπόλπαση, λέιζερ ατόμων θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση των μαγνητικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων μιας επιφάνειας με πρωτοφανή ακρίβεια, ή ακόμα και στο σχεδιασμό ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.