Fizica din spatele unor detalii spectaculoase ale naturii care au fost observate la temperaturi foarte scăzute, mai mici decât o miime de grad peste zero absolut, a fost studiată prin intermediul unei colaborări dintre cercetătorii de la University of Strathclyde din Glasgow, Marea Britanie şi cercetătorii de la Institut Non Linéaire de Nice din Sophia-Antipolis, Franţa.
Oamenii de ştiinţă au cercetat structurile spaţiale complexe şi modelele care pot apare ca urmare a modului în care sistemele naturale se autoorganizează. Astfel de exemple includ modelele sub formă de celule obţinute prin încălzirea uleiului aflat în diferite recipiente, modelele hexagonale ce apar pe pielea girafelor, precum şi mostrele atomice sofisticate care sunt generate cu ajutorul laserelor şi care sunt investigate în laboratoarele de la Strathclyde şi Nisa.
Clic pe imagine pentru a o mări
Schema de autoorganizare şi montajul experimental. Credit: Nature Photonics, DOI: 10.1038/nphoton.2014.52.
Cercetătorii încearcă să înţeleagă modul prin care aceste structuri se formează în mod spontan prin studierea vaporilor de atomi ultra-răciti. Ei au dezvoltat anterior o teorie care estimează condiţiile în care ar trebui să apară aceste modele geometrice.
Recent ei au efectuat experimente care au demonstrat că, în anumite condiţii, lumina şi atomii se pot aranja astfel încât să formeze modele hexagonale extraordinare sub formă de fagure.
Aceste structuri formate din atomi ultra-răciti şi lumină şi care sunt caracterizate printr-o autoorganizare pot deschide noi posibilităţi în ceea ce priveşte manevrarea şi organizarea materiei şi ele ar putea avea un impact important în diferite ramuri ale fizicii, incluzând aici mecanica cuantică şi fizica materiei condensate.
Rezultatele obţinute de cercetători au fost publicate în revista Nature Photonics.
Profesorul Thorsten Ackemann de la Department of Physics din Strathclyde, unul dintre conducătorii cercetării, a declarat: „Noi am încercat să observăm modul de autoorganizare al atomilor reci ca urmare a unui fenomen de cuplaj opto-mecanic care are loc între lumină şi atomi".
„Atomii răciţi cu laser au viteze medii tipice de doar 30 cm pe secundă, o miime din viteza de 300 m pe secundă care este una obişnuită în cazul atomilor din vaporii fierbinţi. Prin urmare, forţele exercitate de un fascicul de lumină pot influenţa mai eficient mişcarea atomilor răciţi. Aceste forţe deplasează atomii, fapt care determină, la rându-i, modul în care este distribuită lumina. Acest efect generează apariţia unor modele atât în distribuţia luminii, cât şi în ceea ce priveşte dispunerea atomilor".
„Rezultatele experimentale demonstrează acest nou tip de cooperare între materie şi lumină. În acest fel se poate controla însăşi procesul de autoorganizare ce are loc în cadrul materiei, ceea ce este o caracteristică interesantă şi neobişnuită".
Dr. Guillaume Labeyrie de la Institut Non Linéaire de Nice a spus: „Noi avem o capcană magneto-optică deosebit de mare pentru atomii de rubidiu în laboratorul nostru, aceasta fiind o condiţie obligatorie pentru desfăşurarea unor studii de acest gen. Modelele au apărut de la un singur fascicul prin retroreflexia sa şi am observat o rupere spontană de simetrie.
Apoi am studiat atomii cu un fascicul fără feedback. Am detectat o structură care persistă o lungă perioadă de timp, ceea ce demonstrează că aici este vorba despre o structură care este formată prin legăturile dintre atomi şi nu prin excitarea acestora.
„În viitor dorim să aplicăm această schemă şi în cazul sistemelor cuantice degenerate precum condensatul Bose-Einstein. De asemenea, dorim să studiem corelaţiile clasice şi non-clasice şi procesele de transport din aceste structuri caracterizate printr-o autoorganizare".
Dr. Gordon Robb de la Department of Physics al Strathclyde a spus: „Ideea unor modele opto-mecanice nu se limitează la atomii răciţi; ea poate fi extinsă şi la forţa ponderomotivă din plasmă şi la materia moale cu proprietăţi dielectrice aflată în suspensie. În aceste cazuri aplicaţiile proprietăţii de autoorganizare din cadrul acestor structuri ar putea fi realizate mult mai uşor decât în cazul unui sistem atomic".
Dr. Robin Kaiser de la Institut Non Linéaire de Nice a declarat următoarele: „Suntem interesaţi de explorarea interacţiunilor posibile dintre lumină şi materie în cadrul sistemelor astrofizice, acolo unde, până în prezent, au fost analizate în special forţele determinate de presiunea radiaţiilor".
Traducere de Cristian-George Podariu după atoms-cool-complex-patterns, cu acordul Phys.org.
