Laser rummet atomlaser

Fysikere opfinder evigtkørende atomlaser

For første gang er det lykkes forskere at styre atomart stof længe nok til, at det kan bruges i en atomlaser, og sigtet rettes nu mod mørkt stof og mørk energi.

For første gang er det lykkes forskere at styre atomart stof længe nok til, at det kan bruges i en atomlaser, og sigtet rettes nu mod mørkt stof og mørk energi.

ESA/IAC/Daniel López

Lasere er noget særligt inden for fysikken. Lyset i en laser har kun én bølgelængde. Alle partikler opfører sig som én, så alle bølger bevæger sig i præcis den samme retning. Det er det, der giver laseren sin karakteristiske stråle.

Nu er det lykkes hollandske fysikere at skabe en stråle bestående af stofbølger, der opfører sig på samme måde som lys i en almindelig laser. En såkaldt atom-laser.

Fysikere har i mange år forsøgt, at få atomer til at opføre sig som én i en bølge. Det lykkedes i princippet allerede for en del år siden - men hidtil aldrig i mere end meget kort tid ad gangen.

De hollandske fysikeres store gennembrud er, at de har fundet en måde at få atomerne til konstant at bevæge sig som én.

Atomerne skal nedkøles

På samme måde som lys bevæger sig i bølger, fortæller kvantemekanikken os, at atomer også kan opfattes som bølger.

Så hvor en almindelig laser sender sammenhængende bølger af lyspartikler, så sender en atomlaser sammenhængende bølger af stof.

Det grundlæggende i atomlaseren er det såkaldte Bose-Einstein-kondensat, også kaldet BEC, som er en særlig stoffase, en gruppe atomer kan befinde sig i. En fase, hvor atomerne hverken er gas, flydende eller i fast form.

Det særlige ved BEC er, at når atomerne nedfryses til omkring det absolutte nulpunkt, -273,15 grader celsius, skabes der stofbølger.

Det er her, det er muligt at få atomerne til at opføre sig som én enhed. Ved varmere temperaturer bevæger atomerne sig i alle mulige forskellige retninger.

Atomlaser stofbølger

En illustration af hvordan atomerne bevæger sig som én enhed af bølger. Her tilføjes konstant friske atomer (de blå), som indgår i Bose-Einstein-kondensatet i midten. I virkeligheden er atomerne ikke synlige for det blotte øje.

© University of Amsterdam/Scixel

En frisk forsyning atomer

For 25 år siden lykkedes det at skabe den første atomlaser, som kunne sende stofbølger ud.

Den såkaldte BEC virkede dog kun i kort tid, hvorefter den skulle udskiftes, før en ny puls med stofbølger kunne sendes ud. Der skulle med andre ord tilføjes nye nedkølede atomer, lige så hurtigt som atomstrålerne forlod laseren.

Den ledende forsker på projektet, Florian Schreck, forklarer, at de løste problemet med at skulle udskifte BEC’en hele tiden, ved at skabe et system, så atomerne hele tiden sørgede for at holde hinanden nedkølede.

"Vi får atomerne til at bevæge sig, mens de udvikler sig gennem på hinanden fortløbende afkølingstrin. Til slut ankommer ultrakolde atomer til hjertet af eksperimentet, hvor de kan bruges til at danne sammenhængende stofbølger i en BEC. Men mens disse atomer bliver brugt, er nye atomer allerede på vej til at genopbygge BEC’et. På denne måde kan vi holde processen i gang – praktisk talt for evigt."

Ved at lave en maskine med to separate vakuumkamre, ledes der konstant en ny stråle afkølede atomer gennem kamrene, så BEC’et konstant genopfyldes uden at atomerne henfalder. Partiklerne nedfryses af en nedkølingslaser.

Maskinen kan derfor fungere i det uendelige, samtidig med at der sendes stabile stråler af stofbølger ud.

Den nye atomlaser kan i princippet udføre de samme opgaver som en almindelig laser, men forskerne drømmer større.

Med den nye laser kommer vi tættere på at finde mørkt stof og mørk energi i rummet samt lokalisere gravitationsbølger og eksempelvis forbedre rumfartsnavigation.