پرتوهای لیزر در خلا قابل مشاهده می‌شوند
یک پرتو نور تنها زمانی قابل مشاهده است که به ذرات ماده برخورد کند و از آن‌ها پراکنده شده یا بازتاب یابد. بنابراین در خلاء نور غیر قابل رویت است. پژوهش‌گران دانشگاه بن آلمان روشی را توسعه داده‌اند که در آن زمان موردنیاز برای امکان‌پذیر شدن جابه‌جایی اتم‌های تکی تکی توسط نور لیزر در یک فضای خلا ، به‌طور قابل ملاحظه‌ای کوتاه می‌شود. برای اجرای آزمایشات کوانتومی، تک تک اتمها باید دقیقا به موقعیت مناسب جابه‌جا شوند. روشی که در دانشگاه بن توسعه داده شده است، تنظیمات بسیار دقیق را برای آزمایشات نوری کوانتومی ساده‌سازی می‌کند.
هنگامی که تک‌اتم‌ها با همدیگر برهم‌کنش دارند، اغلب رفتارهای نامتعارفی به‌سبب رفتارهای کوانتومی خود بروز می‌دهند. این آثار می‌توان به عنوان مثال برای ساخت رایانه‌های کوانتومی استفاده کرد تا مشکلات خاصی را که رایانه‌های معمولی با آن‌ها دست و پنجه نرم می‌کنند برطرف نمایند. اما برای انجام این آزمایش‌ها نیاز است که تک‌اتم‌ها را دقیقا در موقعیت مناسب قرار داد. براساس اذعان آندریا آلبرتی که این مطالعات را در موسسه فیزیک کاربردی دانشگاه بن پیش‌می‌برد، در حقیقت این جابه‌جایی با استفاده از پرتوهای لیزر انجام می‌شود. به اصطلاح می‌توان گفت که نور به‌عنوان نوار نقاله عمل می‌کند.
تصویر دستگاه آزمایشگاهی با سلول خلاء و عدسی‌های شیئی تعبیه شده در آن. در تصویر دو تا از چهار پرتوی لیزر رسم شده است. در تصویر داخلی، شکل نور فلورسانس دو اتم مشاهده می‌شود.
این تسمه نقاله ساخته شده از نور شامل جیب‌های بی‌شماری است که هرکدام می‌تواند یک اتم واحد را در خود نگه‌دارد. این جیب‌ها می‌توانند به دلخواه به سمت عقب و جلو حرکت داده شوند که اجازه می‌دهد اتم به مکان خاصی در فضا منتقل شود. برای حرکت اتمها در جهات مختلف، معمولا تعداد زیادی از این نوع تسمه نقاله‌ها لازم است. برای اینکه این فرآیند در شرایط کنترل شده انجام شود، همه جیب‌های تسمه نقاله باید شکل و عمق یکسانی داشت باشند.
نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید :” برای اطمینان از این همگونی، لیزرها باید با دقت میکرومتری هم‌پوشانی داشته باشند.
آلبرتی تعبیر جالبی درباره کار در این دقت که ظاهرا بدیهی به‌نظر می‌رسد دارد، از نظر او این دقت مانند این است که بخواهید با یک نشان‌گر لیزری از روی یک سکوی استادیوم مسابقه فوتبال به یک دانه حبوبات که در نقطه شروع بازی قرار گرفته است ضربه بزنید و البته باید این‌کار را با چشمان بسته انجام بدهید.
آزمایش‌های کوانتومی نیاز دارند تا در شرایط نزدیک به خلاء کامل انجام شوند، یعنی شرایطی که پرتو لیزر قابل مشاهده نیست. بنابراین این تیم از خود اتمها برای سنجش انتشار پرتوهای لیزر استفاده کرد.
این تیم برای انجام این‌کار ابتدا نور لیزر را به روشی مشخص تغییر داده‌اند و آن را قطبش بیضوی می‌نامند. وقتی اتمها به پرتو لیزری که با این روش تهیه شده است نوردهی شدند، واکنش نشان می‌دهند، حالت خود را به روشی مشخص تغییر می‌دهند و این تغییرات با دقت بسیار بالایی اندازه‌گیری می‌شود.
هر اتم مثل یک حس‌گر کوچک عمل می‌کند که شدت پرتو را ثبت می‌کند. با بررسی هزاران اتم در مکان‌های مختلف، می‌توان محل پرتو را در فاصله چندهزارم میلی‌متر مشخص کرد.
به این ترتیب، پژوهش‌گران برای مثال موفق شدند چهار پرتوی لیزر را طوری تمظیم کنند که آن‌ها دقیقا در موقعیت مورد نظر قطع شوند. چنین تنظیماتی در حالت معمول چندین هفته طول می‌کشد و با این‌حال بازهم هیچ تضمینی برای نتیجه و رسیدن به بهترین حالت مطلوب ندارید. اما آلبرتی مدعی است که فرآیند ایشان فقط به حدود یک روز زمان نیاز داشت تا این‌کار انجام شود.
این تحقیق در Physical Review Applied منتشر شده است.
منبع
https://www.photonics.com/Articles/Laser_Beams_Made_Visible_in_a_Vacuum/a67299
https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210825143048.htm
https://www.uni-bonn.de/en/news/206-2021
مرجع