Το ισχυρότερο λέιζερ ατόμων στον κόσμο αναπτύχθηκε στην Κρήτη!

Το πιο ισχυρό λέιζερ ατόμων στον κόσμο, εφτά φορές ισχυρότερο από οποιονδήποτε άλλο έχει προηγηθεί, ανέπτυξε ομάδα επιστημόνων που εργάζεται στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ, στο Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας, στην Κρήτη. Το επίτευγμα φέρνει πιο κοντά από ποτέ την πρακτική εφαρμογή αυτών των συσκευών.

Μπορεί το ακρωνύμιο λέιζερ, εξ ορισμού, να αναφέρεται στην εκπομπή φωτός, ωστόσο χρησιμοποιείται και για την περιγραφή άλλων συσκευών: τα λέιζερ ατόμων. Τα τελευταία λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο με τα γνωστά μας οπτικά, μόνο που, στην περίπτωσή τους, εκπέμπουν δέσμες ύλης (εκατομμύρια άτομα), αντί δέσμες φωτός (φωτόνια).

Τα λέιζερ ατόμων, όπως έκαναν τα οπτικά, θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στη φυσική. Οι πιθανές πρακτικές εφαρμογές τους είναι πολλές. Από τη δημιουργία συμβολόμετρων ύλης – κύματος (η δέσμη ύλης που εκπέμπουν συμπεριφέρεται σαν κύμα) για τη μέτρηση μεγεθών όπως η βαρύτητα με πρωτοφανή ακρίβεια, μέχρι τη λιθογραφία ατόμων.

Ωστόσο, η χρήση τους είναι, ακόμα, περιορισμένη, λόγω της μέγιστης ροής ατόμων που μπορούν να πετύχουν. Τώρα, η δουλειά ερευνητικής ομάδας που εργάζεται στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ, στο Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ), στην Κρήτη, ξεπερνά το παραπάνω εμπόδιο και δίνει ελπίδα για διεύρυνση του πεδίου εφαρμογής των λέιζερ ατόμων.
Η ομάδα και η επαναστατική δουλειά της

Πρόκειται για ομάδα με επικεφαλής τον Γερμανό φυσικό Wolf von Klitzing και στην οποία, μεταξύ άλλων, συμμετέχουν η μεταδιδακτορική ερευνήτρια του ΙΤΕ, Βασιλική Μπόλπαση (πρώτη συγγραφέας της σχετικής μελέτης), ο επίκουρος καθηγητής Εφαρμοσμένων Μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο Κρήτης, Νίκος Ευφραιμίδης, και ο Παύλος Κονδύλης του Κέντρου Κβαντικών Τεχνολογιών του Εθνικού Πανεπιστημίου Σιγκαπούρης.Τρία διαφορετικά είδη λέιζερ ατόμων - V Bolpasi et al 2014 - New J. Phys. 16 033036 - doi:10.1088/1367-2630/16/3/033036

Τα λέιζερ ατόμων αντλούν άτομα από παγιδευμένα με μαγνητικό τρόπο νέφη, τα οποία έχουν ψυχθεί σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Τα συγκεκριμένα νέφη ονομάζονται συμπυκνώματα Bose – Einstein και είναι τόσο κρύα που τα άτομά τους συμπεριφέρονται σαν μία ενιαία κβαντική οντότητα.

Συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται ηλεκτρομαγνητικά πεδία (ραδιοκύματα), για να απελευθερωθούν άτομα από τα μαγνητικά παγιδευμένα νέφη (με μία περιστροφή), τα οποία, στη συνέχεια, διοχετεύονται στη συνεκτική δέσμη του λέιζερ. Αυτή η δέσμη, που συμπεριφέρεται σαν κύμα, εκπέμπεται, τελικά, από το λέιζερ.

Η ερευνητική ομάδα στην Κρήτη κατάφερε να αυξήσει τη ροή των ατόμων στη δέσμη που εκπέμπει το δικό της λέιζερ, τη λεγόμενη λαμπρότητα ή φωτεινότητά του, χρησιμοποιώντας ισχυρότερα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Ειδικότερα, το νέο λέιζερ εκπέμπει μία συνεκτική δέσμη ατόμων, με ροή 40 εκατομμύρια άτομα το δευτερόλεπτο – 7 φορές μεγαλύτερη από το προηγούμενο ρεκόρ.
Μελλοντικοί στόχοι και ένα ακόμα επίτευγμα

Η ομάδα ευελπιστεί ότι, μελλοντικά, θα μπορέσει να αυξήσει ακόμα περισσότερο την ισχύ του λέιζερ ατόμων που έχει αναπτύξει, φέρνοντας ακόμα πιο κοντά την πρακτική εφαρμογή του ίδιου, αλλά και άλλων παρόμοιων συσκευών, που αναπτύσσονται από, περίπου, δέκα ερευνητικές ομάδες, σε ολόκληρο ον κόσμο.Στα πλαίσια της έρευνάς τους, οι ερευνητές κατάφεραν να παραγάγουν και δέσμες από άτομα με θερμοκρασία, μόλις, 200 nanokelvin, πιο κρύα από οποιανδήποτε δέσμη ατόμων έχει επιτευχθεί στο παρελθόν. Το επίτευγμα περιγράφεται σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο τεύχος Μαρτίου του επιστημονικού περιοδικού New Journal of Physics, με τίτλο “Ένα υπέρλαμπρο ατομικό λέιζερ”