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láser atómico

Un láser atómico es un estado coherente de átomos en propagación. Se crea a partir de un condensado de Bose-Einstein de átomos acoplados mediante diversas técnicas. Al igual que...

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Un láser atómico es un estado coherente de átomos en propagación. Se crea a partir de un condensado de Bose-Einstein de átomos acoplados mediante diversas técnicas. Al igual que un láser óptico , un láser atómico es un haz coherente que se comporta como una onda.

Terminología

Se ha argumentado que el término "láser atómico" es engañoso. De hecho, "láser" significa amplificación de luz por emisión estimulada de radiación , lo cual no está particularmente relacionado con el objeto físico llamado láser atómico, y quizás describe con mayor precisión el condensado de Bose-Einstein (BEC). La terminología más utilizada actualmente en la comunidad científica distingue entre el BEC, que se obtiene típicamente por evaporación en una trampa conservativa, y el propio láser atómico, que es una onda atómica propagante obtenida por extracción de un BEC previamente formado. Algunas investigaciones experimentales en curso intentan obtener directamente un láser atómico a partir de un haz de átomos "calientes" sin crear primero un BEC atrapado. [ 1 ] [ 2 ]

Introducción

El primer láser atómico pulsado fue demostrado en el MIT por el profesor Wolfgang Ketterle y otros en noviembre de 1996. [ 3 ] Ketterle utilizó un isótopo de sodio y un campo magnético oscilante como técnica de acoplamiento de salida, permitiendo que la gravedad arrancara piezas parciales que se parecían mucho a un grifo goteando (Ver vídeo en Enlaces externos).

Desde la creación del primer láser atómico, se ha producido un auge en la recreación de láseres atómicos, junto con diferentes técnicas para el acoplamiento de la salida y la investigación en general. La etapa actual de desarrollo del láser atómico es análoga a la del láser óptico durante su descubrimiento en la década de 1960. En este sentido, los equipos y las técnicas se encuentran en sus fases iniciales de desarrollo y aún pertenecen exclusivamente al ámbito de los laboratorios de investigación.

El láser atómico más brillante hasta la fecha se ha demostrado en IESL-FORTH, Creta, Grecia . [ 4 ]

Tres láseres atómicos ultrabrillantes

Física

La física de un láser atómico es similar a la de un láser óptico. Las principales diferencias entre un láser óptico y uno atómico son que los átomos interactúan entre sí, no pueden crearse como los fotones y poseen masa, mientras que los fotones no (por lo tanto, los átomos se propagan a una velocidad inferior a la de la luz). [ 5 ] La interacción de van der Waals de los átomos con las superficies dificulta la fabricación de los espejos atómicos , típicos de los láseres convencionales.

Un láser atómico de funcionamiento pseudocontinuo fue demostrado por primera vez por Theodor Hänsch , Immanuel Bloch y Tilman Esslinger en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Múnich. [ 6 ] Produjeron un haz continuo bien controlado que abarcaba hasta 100 ms, mientras que su predecesor producía solo pulsos cortos de átomos. Sin embargo, esto no constituye un láser atómico continuo, ya que la reposición del condensado de Bose-Einstein agotado dura aproximadamente 100 veces más que la duración de la emisión misma (es decir, el ciclo de trabajo es 1/100). Los desarrollos recientes en el campo han mostrado avances hacia un láser atómico continuo, concretamente la creación de un condensado de Bose-Einstein continuo. [ 7 ]

Aplicaciones

Los láseres atómicos son fundamentales para la holografía atómica . Al igual que la holografía convencional , la holografía atómica utiliza la difracción de los átomos. La longitud de onda de De Broglie de los átomos es mucho menor que la longitud de onda de la luz, por lo que los láseres atómicos pueden crear imágenes holográficas de mucha mayor resolución. La holografía atómica podría utilizarse para proyectar patrones complejos de circuitos integrados, de tan solo unos pocos nanómetros de escala, sobre semiconductores. Otra aplicación que también podría beneficiarse de los láseres atómicos es la interferometría atómica . En un interferómetro atómico, un paquete de ondas atómicas se divide coherentemente en dos paquetes de ondas que siguen trayectorias diferentes antes de recombinarse. Los interferómetros atómicos, que pueden ser más sensibles que los interferómetros ópticos, podrían utilizarse para poner a prueba la teoría cuántica y tienen una precisión tan alta que incluso podrían detectar cambios en el espacio-tiempo. [ 8 ] Esto se debe a que la longitud de onda de De Broglie de los átomos es mucho menor que la longitud de onda de la luz, a que los átomos tienen masa y a que también se puede aprovechar la estructura interna del átomo.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Reinaudi, Gael; Lahaye, Thierry; Couvert, Antoine; Wang, Zhaoying; Guéry-Odelin, David (2006). "Evaporación de un haz atómico sobre una superficie material". Physical Review A . 73 (3) 035402. arXiv : cond-mat/0602069 . Bibcode : 2006PhRvA..73c5402R . doi : 10.1103/PhysRevA.73.035402 . S2CID 44192709 . 
  2. ↑ "Carga de onda de choque en una guía magnética" . 21 de octubre de 2011. hdl : 1874/211584 .
  3. ↑ MIT (1997) "Físicos del MIT crean el primer láser atómico", http://web.mit.edu/newsoffice/1997/atom-0129.html consultado el 31 de julio de 2006.
  4. ↑ Bolpasi, V.; Efremidis, NK; Morrissey, MJ; Condylis, PC; Sahagun, D.; Baker, M.; von Klitzing, W. (2014). "Un láser atómico ultrabrillante". New Journal of Physics . 16 (3) 033036. arXiv : 1307.8282 . Bibcode : 2014NJPh...16c3036B . doi : 10.1088/1367-2630/16/3/033036 . S2CID 55042731 . 
  5. ↑ Centro de Átomos Ultrafríos del MIT "El Láser Atómico", http://cua.mit.edu/ketterle_group/Projects_1997/atomlaser_97/atomlaser_comm.html Archivado el 1 de septiembre de 2006 en Wayback Machine, consultado el 31 de julio de 2006.
  6. ↑ Bloch, Immanuel; Hänsch, Theodor; Esslinger, Tilman (1999). "Láser atómico con acoplador de salida de onda continua". Physical Review Letters . 82 (15): 3008. arXiv : cond-mat/9812258 . Bibcode : 1999PhRvL..82.3008B . doi : 10.1103/PhysRevLett.82.3008 . S2CID 119408594 . 
  7. ^ Chen, Chun-Chia; González Escudero, Rodrigo; Minář, Jiří; Pasquiou, Benjamín; Bennetts, Shayne; Schreck, Florian (junio de 2022). "Condensación continua de Bose-Einstein" . Naturaleza . 606 (7915): 683– 687. Bibcode : 2022Natur.606..683C . doi : 10.1038/s41586-022-04731-z . PMC 9217748 . PMID 35676487 .  
  8. ↑ Stanford (2003) El segundo taller de Orión "Interferometría de átomos fríos de hiperprecisión en el espacio", "Copia archivada" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 12 de junio de 2007. Recuperado el 30 de septiembre de 2006 .{{cite web}}: CS1 mantenimiento: copia archivada como título ( enlace )
  • Película de láser atómico
  • Láseres atómicos en physicsweb.org
  • Grupos de investigación que trabajan con trampas atómicas