Ez a határtalan atomlézer sosem alszik ki.
A kvantummechanika egyik alapvető elve az, hogy a mikroszkopikus részecskék, mint például az atomok, képesek hullámként viselkedni. Ez a jelenség adja az alapját az atomlézerek fejlesztésének, amelyek koherens anyaghullámokat generálnak. Azonban eddig komoly kihívást jelentett ezeknek a hullámoknak a tartós fenntartása, ami megnehezítette a gyakorlati alkalmazások megvalósítását.
A Florian Schreck irányítása alatt álló kutatócsapat most forradalmian új megközelítést alkalmazott a Bose-Einstein-kondenzátum (BEC) létrehozásának módszerében. Ez a különleges anyagállapot az atomokat egyesíti, mintha egyetlen közös kvantumhullámot formálnának, így különleges viselkedést mutatnak.
"A korábbi kutatások során az atomok hűtése egy konkrét helyszínen, fokozatosan zajlott" - mondta Schreck. "Mi azonban egy teljesen új megközelítést alkalmaztunk: a hűtési eljárást nem időbeli, hanem térbeli szempontból tagoltuk. Az atomok folyamatosan áthaladnak több hűtési szakaszon, míg végül elérik a kísérlet szívét, ahol létrejön a Bose-Einstein kondenzátum. Miközben az atomokat kinyerjük a kondenzátumból, állandóan érkeznek új atomok, hogy pótolják az elvesztett mennyiséget. Ez a megoldás lehetővé teszi, hogy az egész folyamat gyakorlatilag korlátlan ideig folytatódjon."
Meglepetést keltő eredmény született, de az odáig vezető folyamat korántsem volt zökkenőmentes. Chun-Chia Chen, a kutatás fő szerzője, így idézte fel az eseményeket:
Már 2012-ben, amikor a csapatunk még az osztrák Innsbruckban dolgozott, sikerült kidolgoznunk egy innovatív módszert, amellyel megvédhettük a Bose-Einstein-kondenzátumot a lézerhűtés fényének zavaró hatásaitól. Ez a felfedezés tette lehetővé, hogy az atomokat a koherens hullámok létrehozásához szükséges, úgynevezett degenerált állapotig lehűtsük. Azonban a továbblépéshez teljesen új berendezésre volt szükségünk. 2013-ban Amszterdamba költöztünk, és mindent a nulláról kezdtünk építeni – kölcsönök segítségével, egy üres laboratóriummal, valamint egy kizárólag személyes támogatásokból finanszírozott csapattal. Hat év kitartó és céltudatos munka után, 2019 karácsony reggelén, egy extra lézersugár bevezetésével végre sikerült megfigyelnünk az első folyamatos Bose-Einstein-kondenzátumot.
A következő lépés egy olyan megbízható és folyamatos anyagnyaláb kialakítása, amely jelentős áttörést hozhat a tudományos világba. Amennyiben ez megvalósul, az atomlézerek képesek lesznek forradalmasítani a kvantumszimulációk területét, a nagy precizitású méréseket és az érzékelőrendszerek működését.
Bár a kutatók előtt még rengeteg feladat áll, ez az eredmény hatalmas előrelépést jelent az olyan technológiák irányába, amelyek képesek korlátlan mennyiségű koherens anyaghullámot generálni.
A kutatás eredményeit a neves Nature folyóiratban tették közzé.
