بر طبق یک تحقیق نظری جدید فوتون‌های لیزر به کار رفته برای سرمایش اتم‌ها توزیع دمایی منحصر به فردی دارند که می‌تواند برای مطالعه‌ی فیزیک بس ذره‌ای استفاده شود.

ما بیشتر مایلیم سرمایش لیزری را از منظر اتم‌هایی که سرد می‌شوند ببینیم. اما مطالعه جدیدی نشان می‌دهد که فوتون‌هایی که گرما را به خارج منتقل می‌کنند هم ممکن است ویژگی‌های جالب و مفیدی داشته باشند. شیائو سوآن وانگ Chiao-Hsuan Wang و همکارانش در دانشگاه مریلند کالج پارک، سرمایش لیرزی اتم‌ها داخل کاواک را مدل سازی کرده‌اند. آن‌ها دریافتند که فوتون‌های پراکنده‌ شده توسط اتم‌ها توزیع انرژی دمایی‌ای دارند که شبیه ذرات برهمکنش ‌کننده است. بنابراین شاید بتوان این فوتون‌ها را بازیافت کرده و برای شبیه سازی سایر سیستم‌های فیزیکی استفاده کرد.

اغلب وقتی نور از یک گاز یا ماده‌ی دیگر پراکنده می‌شود، توزیع انرژی آن به صورت طیف جسم سیاه است که در آن تعداد فوتون‌ها در «مخزنِ» انرژی (energy bin) با یک تک پارامتر مشخص می‌شود: دما. اخیراً، پژوهشگران با استفاده از میکروکاواک‌های نیمه رسانا یا مولکول‌های رنگ(dye) تعداد بیشتری فوتون بر مخزنِ انرژی نسبت به مقدار انتظاری از یک توزیع جسم سیاه جمع آوری کرده‌اند. این سیستم‌ها که با پتانسیل شیمیاییِ غیر صفر توصیف می‌شوند میتوانند به مانند معادلِ فوتونیِ چگالش بوز-انیشتین (BEC) رفتار کنند.

وانگ و همکارانش متوجه شدند که جمعیت فوتونی مشابهی برای باقیمانده‌‌ی نور از سرمایش لیزری اتفاق می‌افتد. آن‌ها با مدل‌سازی مجموعه‌ای از اتم‌های سرد شده با لیزر، به شکل لوله باریک که در یک کاواک اپتیکی قرار داشت، توزیع فوتون‌های پراکنده شده را محاسبه کردند و فهمیدند که می‌توان آن را با یک دما معادل با دمای اتم‌ها و یک پتانسیل شیمیایی معادل با انرژی فوتون‌های لیزر مشخص کرد. فوتون‌هایی با این توزیع طوری رفتار می‌کنند که انگار در حال برهمکنش با یکدیگر هستند. به علاوه، نویسندگان این تحقیق پیشنهاد می‌کنند که چنین فوتون‌هایی را می‌توان برای انجام شبیه‌سازی‌های اپتیکی از پدیده‌های کوانتومیِ بس-ذره‌ای نظیر اثر هال کوانتومی به کار گرفت.

این تحقیق در Physical Review A به چاپ رسیده است.

منبع

Recycling Light from Atom Cooling