لیزر‌ها اجزای اصلی بسیاری از محصولاتی هستند که ما هر روز از آن‌ها استفاده می‌کنیم. ما از لیزر در چاپگرها، پخش کننده‌های سی دی، اشاره گرها، دستگاه‌های اندازه گیری و ... استفاده می‌کنیم. این لیزر‌ها از امواج منسجم نور استفاده می‌کنند به این صورت که تمام نور داخل لیزر کاملاً هماهنگ می‌لرزد. در همین حال، مکانیک کوانتومی به ما می‌گوید که ذراتی مانند اتم‌ها نیز باید به عنوان امواج در نظر گرفته شوند و ما می‌توانیم «لیزر‌های اتمی» حاوی امواج منسجم ماده بسازیم که دوام داشته باشند تا بتوان از آن‌ها در کاربرد‌های عملی استفاده کرد.
اکنون، تیمی از فیزیکدانان آمستردام موفق به ایجاد پرتوی از اتم شده‌اند که رفتاری مشابه لیزر دارد و از نظر تئوری می‌تواند برای همیشه روشن بماند. در ریشه اتم، لیزر حالتی از ماده به نام میعان بوز-اینشتین (BEC) است. با سرد کردن ابری از بوزون‌ها تا کسری بالای صفر مطلق ایجاد می‌شود. در چنین شرایطی، اتم‌ها بدون توقف کامل به پایین‌ترین حالت انرژی ممکن فرو می‌روند.
با رسیدن به این انرژی‌های کم، خواص کوانتومی ذرات دیگر نمی‌توانند با یکدیگر تداخل داشته باشند. آن‌ها به اندازه‌ای نزدیک می‌شوند که به نوعی همپوشانی داشته باشند و در نتیجه ابری از اتم‌ها با چگالی بالا ایجاد می‌شود که مانند یک «ابر اتم» یا موج ماده رفتار می‌کند.
با این حال، BECها چیزی شبیه به یک پارادوکس هستند. آن‌ها بسیار شکننده هستند و با تابش نور به سرعت از بین می‌روند. با این حال، حضور نور در تشکیل میعان بسیار مهم است یعنی خنک کردن یک ماده تا یک میلیونیم درجه. فرد باید اتم‌های خود را با استفاده از نور لیزر خنک کند.
فیزیکدانان دانشگاه آمستردام اکنون موفق شده اند مشکل دشوار ایجاد یک میعانات بوز-اینشتین پیوسته را حل کنند. فلوریان شرک، رهبر تیم توضیح می‌دهد: «در آزمایش‌های قبلی، خنک‌سازی تدریجی اتم‌ها همه در یک مکان انجام می‌شد. ما تصمیم گرفتیم مراحل خنک‌سازی را نه در طول زمان، بلکه در فضا گسترش دهیم: در حالی که اتم‌ها حرکت می‌کنند، در مراحل متوالی خنک‌کننده پیش می‌روند.»
در پایان، اتم‌های فوق سرد به قلب آزمایش می‌رسند، جایی که می‌توان از آن‌ها برای تشکیل امواج ماده منسجم در یک BEC استفاده کرد. اما در حالی که این اتم‌ها در حال استفاده هستند، اتم‌های جدید در حال حاضر در راه هستند تا BEC را دوباره پر کنند. به این ترتیب، ما می‌توانیم این روند را برای همیشه ادامه دهیم.
قبلاً در سال ۲۰۱۲، این تیم تکنیکی را کشف کردند که به BEC اجازه می‌داد از نور خنک‌کننده لیزر محافظت کند و برای اولین بار خنک‌سازی لیزری را تا حالت انحطاط مورد نیاز برای امواج منسجم ممکن سازد. چون چیا چن، نویسنده اول نشریه نیچر اعلام می‌کند در حالی که این اولین گام حیاتی به سمت چالش طولانی مدت ساخت لیزر اتمی پیوسته بود، همچنین واضح بود که برای پیشبرد آن به یک ماشین اختصاصی نیاز است.
محققان اکنون هدف بعدی را در نظر گرفته اند که استفاده از لیزر برای ایجاد یک پرتو خروجی پایدار از ماده است. هنگامی که لیزر‌های آن‌ها نه تنها می‌توانند برای همیشه کار کنند، بلکه می‌توانند پرتو‌های پایدار تولید کنند، دیگر هیچ چیز مانع کاربرد‌های فنی نمی‌شود و لیزر‌های ماده ممکن است مانند لیزر‌های معمولی در حال حاضر نقش مهمی را در فناوری ایفا کنند.
بیشتر بخوانید