פיזיקאים סוף סוף מודדים מולקולה ארוכה עם תיאוריה העשויה מאור וחומר

פיזיקאים זה עתה תפסו אור שפועל כחלק של 'דבק' בין אטומים, במעין מולקולה קשורה רופפת.

'הצלחנו לראשונה לקטב כמה אטומים ביחד בצורה מבוקרת, ליצור כוח משיכה שניתן למדידה ביניהם', אומר פיזיקאי מאוניברסיטת אינסברוק מתיאס זונלייטנר.

אטומים מתחברים ליצירת מולקולות במגוון דרכים, כולן כוללות סחר של מטענים כמעין 'דבק-על'.

חלקם חולקים את האלקטרונים הטעונים שלילי שלהם, ויוצרים קשרים חזקים יחסית, כמו הגזים הפשוטים ביותר של שני אטומי חמצן מחוברים שאנו נושמים כל הזמן,פחמימנים מורכבים שנמצאו צפים בחלל. כמה אטומים מושכים בזכות הבדלים במטען הכולל שלהם.

שדות אלקטרומגנטיים יכולים לשנות את סידור המטענים סביב האטום. מכיוון שאור הוא שדה אלקטרומגנטי המשתנה במהירות, גשם של פוטונים מכוונים כראוי יכול לדחוף אלקטרונים למיקומים שבתיאוריה יכולים לראות אותם נקשרים.

'אם אתה מדליק כעת שדה חשמלי חיצוני, חלוקת המטען הזו משתנה מעט,' מסביר הפיזיקאי פיליפ הסלינגר מהאוניברסיטה הטכנית של וינה (TU Wien).

'המטען החיובי מוזז מעט לכיוון אחד, המטען השלילי מעט לכיוון השני, לאטום יש פתאום צד חיובי ושלילי, הוא מקוטב.'

Haslinger, הפיזיקאית האטומית של TU Wien Mira Maiwöger ועמיתיו השתמשו באטומי רובידיום קרים במיוחד כדי להדגים שאור אכן יכול לקטב אטומים באותו אופן, מה שבתורו גורם לאטומים ניטרליים להיות מעט דביקים.

'זהו כוח משיכה חלש מאוד, אז אתה צריך לערוך את הניסוי בזהירות רבה כדי להיות מסוגל למדוד אותו,' אומר מאיווגר.

״אם לאטומים יש הרבה אנרגיה והם נעים במהירות, כוח המשיכה נעלם מיד. זו הסיבה שענן של אטומים קרים במיוחד שימש.'

הצוות לכד ענן של כ-5,000 אטומים מתחת לשבב מצופה זהב, במישור יחיד, באמצעות שדה מגנטי.

זה המקום שבו הם קיררו את האטומים עד לטמפרטורות מתקרבות אפס מוחלט (-273 מעלות צלזיוס או -460 מעלות צלזיוס), ויוצרים קוואסיקונדנסט - כך שחלקיקי הרובדיום מתחילים לפעול באופן קולקטיבי ולחלוק תכונות כמוהם במדינה החמישיתשל חומר, אבל לא ממש באותה מידה.

פגעו בלייזר, האטומים חוו מגוון כוחות. לדוגמה, לחץ קרינה מפוטונים נכנסים יכול לדחוף אותם לאורך קרן האור. בינתיים, תגובות באלקטרונים יכולות למשוך את האטום בחזרה לעבר החלק האינטנסיבי ביותר של האלומה.

כדי לזהות את המשיכה העדינה שנחשבת להתעורר בין אטומים בשטף האלקטרומגנטיות הזה, החוקרים היו צריכים לעשות כמה חישובים זהירים.

כשהם כיבו את השדה המגנטי, האטומים נפלו חופשי למשך כ-44 אלפיות שניות לפני שהגיעו לשדה אור הלייזר שבו הם צולמו גם באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי של גיליון אור .

במהלך הסתיו הענן התרחב באופן טבעי, כך שהחוקרים הצליחו לבצע מדידות בצפיפויות שונות.

בצפיפות גבוהה, מאיווגר ועמיתיו גילו שעד 18 אחוז מהאטומים חסרים בתמונות התצפית שהם צילמו. הם מאמינים שהיעדרויות אלו נגרמו כתוצאה מהתנגשויות בעזרת אור הבעטו את אטומי הרובדיום החוצה מהענן שלהם.

זה הדגים חלק ממה שקורה - לא רק האור הנכנס השפיע על האטומים, אלא האור שהתפזר גם מהאטומים האחרים. כשהאור נגע באטומים הוא נתן להם א קוטביות .

תלוי ב באיזה סוג של אור השתמשו , האטומים נמשכו או נהדפו על ידי עוצמת אור גדולה יותר. אז הם נמשכו לאזור של אור נמוך יותר או אור גבוה יותר - בכל אחד מהמקרים הם בסופו של דבר הצטברו יחד.

'הבדל מהותי בין כוחות קרינה רגילים לבין האינטראקציה [מופעלת האור] הוא שהאחרונה היא אינטראקציה אפקטיבית בין חלקיקים לחלקיקים, המתווכת על ידי אור מפוזר', מאיווגר ועמיתיו. לכתוב בעיתון שלהם .

'הוא לא לוכד אטומים במיקום קבוע (לדוגמה, המוקד של קרן לייזר) אלא מושך אותם לעבר אזורים של צפיפות חלקיקים מקסימלית.'

בעוד שהכוח הזה שאוסף את האטומים חלש בהרבה מכוחות מולקולריים שאנחנו מכירים יותר, בקנה מידה גדול זה יכול להסתכם. זה יכול לשנות את דפוסי הפליטה ו קווי תהודה - תכונות שאסטרונומים משתמשים כדי להודיע ​​לנוהבנה של עצמים שמימיים.

זה יכול גם לעזור להסביר כיצד נוצרות מולקולות בחלל.

'במרחב העצום, כוחות קטנים יכולים לשחק תפקיד משמעותי', אומר haslinger

'כאן, הצלחנו להראות לראשונה שקרינה אלקטרומגנטית יכולה ליצור כוח בין אטומים, שעשוי לעזור לשפוך אור חדש על תרחישים אסטרופיזיים שטרם הוסברו.'

מחקר זה פורסם ב סקירה פיזית X .