ladda det: neutrala atomer gjorda för att fungera som elektriskt laddade partiklar

illustration som visar ett syntetiskt elektriskt fält i en ultrakold gas av flera hundra tusen rubidiumatomer (BEC) nedsänkt i ett konstant magnetfält
forskarna skapar ett syntetiskt elektriskt fält (E*) i en Ultrakall Gas av flera hundra tusen RUBIDIUMATOMER (Bec) nedsänkt i ett konstant magnetfält (B0). Med hjälp av lasrar (röda pilar) förändrar laget atomernas energi-momentumförhållande, vilket gör att atomerna rör sig på ett sätt som är fysiskt identiskt—och matematiskt ekvivalent—med hur en laddad partikel skulle röra sig i ett elektriskt fält.
kredit: NIST

slutföra berättelsen de började med att skapa syntetiska magnetfält,* forskare från Joint Quantum Institute (JQI), ett samarbete mellan National Institute of Standards and Technology (NIST) och University of Maryland, har nu gjort atomer agera som om de laddades partiklar accelererade av elektriska fält.

rapporterade i tidskriften Nature Physics, * * dessa syntetiska elektriska fält gör varje atom i en gashandling, individuellt, som om det var en laddad partikel, men kollektivt förblir de neutrala, oladdade partiklar. Denna dubbla personlighet hjälper forskare att simulera och studera grundläggande elektriska fenomen och kan leda till en djupare förståelse av exotiska fenomen som involverar laddade partiklar som superledning, flödet av elektricitet utan motstånd eller kvanthalleffekten, som används av NIST för att skapa en standard för elektrisk resistans.

vissa aspekter av elektricitet är svåra att studera eftersom, även om motsatt laddade partiklar lockas till varandra, avvisas liknande laddade partiklar av varandra. För att komma runt detta insåg NIST—fysikern Ian Spielman och hans kollegor att de kunde få atomer, som vanligtvis är elektriskt neutrala, att fungera som om de är laddade partiklar i ett elektriskt fält-utvidga sin tidigare metod för att få neutrala atomer att fungera som laddade partiklar i ett magnetfält.

forskarna skapar sitt syntetiska elektriska fält i en ultrakold gas av flera hundra tusen rubidiumatomer. Med hjälp av lasrar förändrar laget atomernas energi-momentumförhållande. Detta hade effekten av att överföra lite av laserns momentum till atomerna, vilket fick dem att röra sig. Kraften på varje atom är fysiskt identisk—och matematiskt ekvivalent-med vad en laddad partikel skulle känna i ett elektriskt fält.

så medan de neutrala atomerna var och en upplever kraften i detta syntetiska elektriska fält individuellt, avvisar de inte varandra som skulle sanna laddade partiklar i ett vanligt elektriskt fält. Detta är analogt med en erfaren grupp dansare som alla följer instruktörens rörelser utan att komma i varandras sätt.enligt Spielman kan detta arbete göra det möjligt för forskare att studera Hall-effekten, ett fenomen där ett elektromagnetiskt fält kan orsaka laddade partiklar som reser genom en ledare för att uppleva en sidokraft, som ännu inte har observerats i kallatomsystem. Arbetet kan också underlätta mätningar av atomekvivalenterna för elektriska kvantiteter såsom motstånd och induktans. För neutrala atomer i syntetiska elektriska fält är induktans ett mått på den energi som lagras som ett resultat av atomernas rörelse, och motstånd är ett mått på spridningen eller energiförlusten i systemet. Mätning av dessa kvantiteter kan ge insikter i egenskaperna hos laddade partiklar i analoga system, inklusive superledare.

* se ”JQI-Forskare skapar” syntetiska magnetfält ”för neutrala atomer,” Dec. 15, 2009.

** Y-J. Lin, R. L. Compton, K. Jim Jacobnez-Garc Jacoba, W. D. Phillips, J. V. Porto och I. B. Spielman, en syntetisk elektrisk kraft som verkar på neutrala atomer, Naturfysik. Publicerad online 20 mars 2011.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.