ลองนึกภาพว่ามีสารประดิษฐ์ซึ่งคุณสามารถควบคุมโครงสร้างธาตุพื้นฐานได้เกือบทุกด้านและปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมที่ประกอบกันเป็นธาตุในฝันนี้ สารดังกล่าวจะช่วยให้เราสามารถสำรวจปรากฏการณ์พื้นฐานทั้งหมดซึ่งเป็นเรื่องยากมากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะศึกษาในวัสดุจริง อาจฟังดูดีเกินจริง แต่ในช่วงสองปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์เข้าใกล้เป้าหมายนี้มาก ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นได้จากการบรรจบกัน
ของสองขอบเขต
ของการวิจัยทางฟิสิกส์อะตอมที่เกี่ยวข้องกันแต่ก่อนหน้านี้แตกต่างกันอย่างชัดเจน ได้แก่ ก๊าซควอนตัมและตาข่ายแสง ความสามารถใหม่ที่ค้นพบในการจำกัดก๊าซควอนตัมแบบอุลตราโคลด์ในตาข่ายออปติคัลนั้นมีผลกระทบอย่างมากในด้านต่างๆ เช่น ฟิสิกส์ของสสารควบแน่นและการประมวลผลข้อมูล
ควอนตัม โครงข่ายออปติคัลโดยพื้นฐานแล้วเป็นผลึกประดิษฐ์ของแสง ซึ่งเป็นรูปแบบความเข้มเป็นระยะที่เกิดขึ้นจากการรบกวนของลำแสงเลเซอร์ตั้งแต่สองลำขึ้นไป ตาข่ายแสงที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยบริเวณแถบสีเข้มและแถบสว่างที่เกิดขึ้นเมื่อลำแสงเลเซอร์ 2 ลำที่มีความยาวคลื่นเท่ากันเคลื่อนที่ในทิศทาง
ตรงกันข้ามมาบรรจบกันและก่อตัวเป็นรูปแบบการรบกวน ตาข่ายแสงนี้มีระยะเวลาเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเลเซอร์ ด้วยเลเซอร์จำนวนมากขึ้น และการดูแลที่เพียงพอ จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างโครงสร้างเชิงพื้นที่ 3 มิติเป็นระยะที่สมบูรณ์แบบ อย่างไรก็ตาม การใช้รูปแบบการรบกวนเหล่านี้
เพื่อดักจับอะตอมทำได้ยากกว่า ตาข่ายออปติกสามารถดักจับอะตอมได้เนื่องจากสนามไฟฟ้าของเลเซอร์ทำให้เกิดโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าในอะตอม ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเมนต์ไดโพลนี้ซึ่งกำลังสั่น และสนามไฟฟ้าของเลเซอร์จะปรับเปลี่ยนพลังงานของอะตอม หากความถี่ของเลเซอร์น้อยกว่าความถี่
การเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะภายในอะตอม อะตอมจะถูกดึงไปยังบริเวณที่มีความเข้มของเลเซอร์สูงสุด อย่างไรก็ตาม หากความถี่ของเลเซอร์สูงกว่าความถี่ของการเปลี่ยนผ่าน อะตอมจะถูกผลักออกจากจุดสูงสุด ไม่ว่าด้วยวิธีใด อะตอมสามารถติดอยู่ในบริเวณที่สว่างหรือมืดของตาข่ายออปติก
และความแข็งแรง
ของศักย์ออปติกที่จำกัดอะตอมสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มความเข้มของเลเซอร์ การควบแน่นคอนเดนเสทในขณะที่นักฟิสิกส์ปรมาณูบางคนกำลังทดลองกับโครงตาข่ายเชิงแสง คนอื่นๆ กำลังสำรวจว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่ออะตอมในกับดักแม่เหล็กเย็นลงจนใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์
ซึ่งสถิติควอนตัมมีความสำคัญ การศึกษาก๊าซควอนตัมเป็นหนึ่งในสาขาการวิจัยทางฟิสิกส์ที่ร้อนแรงและยอดเยี่ยมที่สุด นับตั้งแต่คอนเดนเสทโบส-ไอน์สไตน์ตัวแรกถูกสร้างขึ้นในปี 1995 และยังคงเป็นมาจนถึงทุกวันนี้ในช่วงสองปีที่ผ่านมา กลุ่มทดลองในยุโรปและสหรัฐอเมริกาได้เรียนรู้วิธีถ่ายโอน
ก๊าซควอนตัมจากกับดักแม่เหล็กไปยังตาข่ายออปติก และสิ่งนี้ได้นำไปสู่การทดลองที่น่าทึ่งยุคใหม่พฤติกรรมของแก๊สที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ขึ้นอยู่กับว่าอะตอมในแก๊สนั้นเป็นเฟอร์มิออนหรือโบซอน เฟอร์เมียนปฏิบัติตามหลักการกีดกันของเพาลี ซึ่งหมายความว่าพวกมันสองคน
ไม่สามารถครอบครองสถานะควอนตัมเดียวกันได้ ไม่มีข้อจำกัดดังกล่าวใช้กับโบซอน ซึ่งหมายความว่าโบซอนจำนวนมากสามารถยุบตัวเป็นสถานะควอนตัมกราวด์เดียวกันได้ กระบวนการนี้เรียกว่าการควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์ เกิดขึ้นเมื่ออะตอมของโบโซนิกถูกทำให้เย็นลงจนความยาวคลื่น
เทียบได้กับระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอะตอมทั้งสอง กลั่นตัวคลื่น ของอะตอมแต่ละอะตอมจะ “ตี” ในลักษณะเดียวกัน เพื่อให้อนุภาคทั้งหมดสามารถอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันคลื่นขนาดใหญ่เพียงครั้งเดียว เช่นเดียวกับการแผ่รังสีเลเซอร์ คอนเดนเสทแสดงการเชื่อมโยงกันของเฟสในระดับสูง ซึ่งหมายความว่า
หากคุณทราบ
เฟสของคลื่นสสารที่จุดหนึ่งในอวกาศและเวลา คุณสามารถคาดเดาได้ว่าคลื่นสสารจะเป็นอย่างไรที่จุดและเวลาอื่นๆ การเชื่อมโยงเฟสเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสังเกตรูปแบบการรบกวนในการถ่ายโอนคอนเดนเสท Bose จากกับดักแม่เหล็กไปยังตาข่ายออปติคัล คอนเดนเสทจะส่องสว่าง
ด้วยลำแสงเลเซอร์หกลำที่จำเป็นในการสร้างโครงตาข่าย 3 มิติ และความเข้มของเลเซอร์จะเพิ่มขึ้นเป็นค่าที่ต้องการในช่วงเวลาประมาณ 100 มิลลิวินาที กระบวนการ “โหลด” นี้ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทำซ้ำได้อย่างสมบูรณ์แบบระหว่างการทดลองต่างๆ แต่เป็นการยากที่จะพิสูจน์ว่า
คอนเดนเสทถูกถ่ายโอนจริง เนื่องจากระยะห่างโดยทั่วไประหว่างไซต์ในแลตทิซนั้นน้อยเกินไป ประมาณ 430 นาโนเมตร สำหรับอะตอม เป็นภาพโดยตรง อย่างไรก็ตาม รูปแบบเป็นระยะสามารถแสดงผลการแทรกสอดที่โดดเด่นเมื่อส่องสว่างด้วยคลื่นที่ต่อเนื่องกัน และเราสามารถใช้วิธีนี้เพื่อตรวจสอบว่า
คอนเดนเสทถูกถ่ายโอนจริงหรือไม่ เรายังสามารถปิดศักย์ไฟฟ้าแลตทิซและใช้รูปแบบการเลี้ยวเบนเพื่อติดตามว่าอะตอมบนไซต์แลตทิซต่างๆ ขยายและทับซ้อนกันอย่างไร เนื่องจากฟังก์ชันคลื่นในคอนเดนเสทเป็นแบบเฟสที่เชื่อมโยงกัน รูปแบบการรบกวนจึงก่อตัวขึ้นเมื่อพวกมันทับซ้อนกัน (รูปที่ 1a)
อะตอมที่เป็นกลางในแลตทิซแสงในปี พ.ศ. 2541 แห่งมหาวิทยาลัยในออสเตรียและเพื่อนร่วมงานได้ตีพิมพ์บทความที่ทรงอิทธิพล ซึ่งพวกเขาเสนอแนะว่าควรเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนก๊าซ Bose ที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างอ่อนให้เป็นฉนวน ซึ่งเป็นสถานะควอนตัมที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างมาก โดยการโหลดอะตอม
เข้าไปในตาข่ายแสง ปัจจุบันสิ่งพิมพ์นี้เป็นหนึ่งในเอกสารที่ได้รับการอ้างถึงมากที่สุดในสาขาฟิสิกส์ตามแต่การเปลี่ยนแปลงนี้เป็นฉนวนเกิดขึ้นได้อย่างไร? ความลึกที่อาจเกิดขึ้นในตาข่ายแสงมักจะใหญ่เกินไปสำหรับอะตอมที่จะเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นระหว่างไซต์ที่อยู่ใกล้เคียงสองแห่ง
