Laser atômico
Um laser atômico é um estado coerente de átomos em propagação. Eles são criados a partir de um condensado de Bose-Einstein de átomos que são acoplados na saída usando várias técnicas. Assim como um laser óptico, um laser atômico é um feixe coerente que se comporta como uma onda. Houve algumas discussões de que o termo "laser atômico" é enganoso. De fato, "laser" significa amplificação da luz por emissão estimulada de radiação, o que não está particularmente relacionado ao objeto físico chamado laser atômico, e talvez descreva com mais precisão o condensado de Bose-Einstein (BEC).
A terminologia mais amplamente utilizada na comunidade hoje é distinguir entre o BEC, tipicamente obtido por evaporação em uma armadilha conservativa, e o próprio laser atômico, que é uma onda atômica propagante obtida por extração de um BEC previamente realizado. Algumas pesquisas experimentais em curso tentam obter diretamente um laser atômico a partir de um feixe "quente" de átomos sem primeiro criar um BEC aprisionado.[1][2]
Introdução
[editar | editar código-fonte]O primeiro laser de átomos pulsado foi demonstrado no MIT pelo Professor Wolfgang Ketterle e colaboradores em novembro de 1996.[3] Ketterle utilizou um isótopo de sódio e empregou um campo magnético oscilante como técnica de acoplamento de saída, permitindo que a gravidade separasse pedaços parciais, semelhantes a uma torneira pingando.
Desde a criação do primeiro laser de átomos, houve um aumento na recriação de lasers de átomos, juntamente com diferentes técnicas para o acoplamento de saída e, em geral, na pesquisa. O estágio atual de desenvolvimento do laser de átomos é análogo ao do laser óptico durante sua descoberta na década de 1960. Nesse sentido, os equipamentos e técnicas estão em suas fases iniciais de desenvolvimento e ainda estritamente no domínio dos laboratórios de pesquisa.
O laser de átomos mais brilhante até agora foi demonstrado no IESL-FORTH, Creta, Grécia.[4]
Física
[editar | editar código-fonte]A física de um laser de átomos é semelhante à de um laser óptico. As principais diferenças entre um laser óptico e um laser de átomos são que os átomos interagem entre si, não podem ser criados como fótons e possuem massa, ao contrário dos fótons (portanto, os átomos se propagam a uma velocidade inferior à da luz).[5] A interação de van der Waals dos átomos com superfícies dificulta a fabricação dos espelhos atômicos, típicos para os lasers convencionais.
Um laser de átomos de operação pseudo-contínua foi demonstrado pela primeira vez por Theodor Hänsch, Immanuel Bloch e Tilman Esslinger no Instituto Max Planck de Óptica Quântica em Munique.[6] Eles produzem um feixe contínuo bem controlado, com duração de até 100 ms, enquanto seus predecessores produziam apenas pulsos curtos de átomos. No entanto, isso não constitui um laser de átomos contínuo, uma vez que o reabastecimento do BEC esgotado dura aproximadamente 100 vezes mais do que a própria duração da emissão (ou seja, o ciclo de trabalho é de 1/100). Desenvolvimentos recentes no campo mostraram progressos em direção a um laser de átomos contínuo, a saber, a criação de um Condensado de Bose-Einstein contínuo.[7]
Aplicações
[editar | editar código-fonte]Lasers de átomos são fundamentais para a holografia de átomos. Similar à holografia convencional, a holografia de átomos usa a difração de átomos. O comprimento de onda de De Broglie dos átomos é muito menor do que o comprimento de onda da luz, o que permite que lasers de átomos criem imagens holográficas de resolução muito superior. A holografia de átomos pode ser utilizada para projetar padrões complexos de circuitos integrados, com apenas alguns nanômetros de escala, em semicondutores.
Outra aplicação, que também pode se beneficiar dos lasers de átomos, é a interferometria de átomos. Em um interferômetro de átomos, um pacote de ondas atômicas é dividido coerentemente em dois pacotes de ondas que seguem caminhos diferentes antes de se recombinarem. Interferômetros de átomos, que podem ser mais sensíveis do que interferômetros ópticos, podem ser utilizados para testar a teoria quântica, e têm uma precisão tão alta que podem até detectar mudanças no espaço-tempo.[8] Isso ocorre porque o comprimento de onda de De Broglie dos átomos é muito menor do que o comprimento de onda da luz, os átomos possuem massa, e porque a estrutura interna do átomo também pode ser explorada.
Ver também
[editar | editar código-fonte]Referências
- ↑ Reinaudi, Gael; Lahaye, Thierry; Couvert, Antoine; Wang, Zhaoying; Guéry-Odelin, David (2006). «Evaporação de um feixe atômico em uma superfície material». Physical Review A. 73 (3). 035402 páginas. Bibcode:2006PhRvA..73c5402R. arXiv:cond-mat/0602069
. doi:10.1103/PhysRevA.73.035402
- ↑ «Carregamento de onda de choque de um guia magnético». 21 de outubro de 2011. hdl:1874/211584
- ↑ MIT (1997) "MIT physicists create first atom laser", http://web.mit.edu/newsoffice/1997/atom-0129.html, acessado em 31 de julho de 2006.
- ↑ Bolpasi, V.; Efremidis, N. K.; Morrissey, M. J.; Condylis, P. C.; Sahagun, D.; Baker, M.; von Klitzing, W. (2014). «An ultra-bright atom laser». New Journal of Physics. 16 (3). 033036 páginas. Bibcode:2014NJPh...16c3036B. arXiv:1307.8282. doi:10.1088/1367-2630/16/3/033036
- ↑ MIT's Center for Ultracold Atoms "The Atom Laser", http://cua.mit.edu/ketterle_group/Projects_1997/atomlaser_97/atomlaser_comm.html Arquivado em 1 setembro 2006 no Wayback Machine Consultado em 31 Julho 2006.
- ↑ Bloch, Immanuel; Hänsch, Theodor; Esslinger, Tilman (1999). «Atom Laser with a cw Output Coupler». Physical Review Letters. 82 (15). 3008 páginas. Bibcode:1999PhRvL..82.3008B. arXiv:cond-mat/9812258. doi:10.1103/PhysRevLett.82.3008
- ↑ Chen, Chun-Chia; González Escudero, Rodrigo; Minář, Jiří; Pasquiou, Benjamin; Bennetts, Shayne; Schreck, Florian (junho 2022). «Continuous Bose–Einstein condensation». Nature (em inglês). 606 (7915): 683–687. Bibcode:2022Natur.606..683C. PMC 9217748. PMID 35676487. doi:10.1038/s41586-022-04731-z
- ↑ Stanford (2003) The Second Orion Workshop "Hyper precision cold atom interferometry in space", «Archived copy» (PDF). Consultado em 30 de setembro de 2006. Arquivado do original (PDF) em 12 de junho de 2007