پرتو نور با تکانه زاویه ای مداری می تواند مشابه چرخشی اثر داپلر را در یک یون پدید آورد.

پرتو چرخان نور (vortex light beam)، پرتویی است که جبهه های موج آن مانند یک درب بطری بازکُن پیچی می چرخند و به پرتو تکانه زاویه ای مداری می دهند. اتمی که در معرض این پرتو قرار می گیرد، ضربه معمول در جهت انتشار پرتو و در عین حال یک ضربه جانبی ضعیف تر از طرف تکانه زاویه ای مداری پرتو را تجربه می کند. اثر داپلر موجب می شود یک اتم متحرک نور را در طول موج هایی جذب کند که نسبت به طول موج های یک اتم ساکن جابه جا شده اند. در نتیجه، ضربه جانبی از یک پرتو چرخان می تواند چیزی را ایجاد کند که اثر داپلر چرخشی (rotational Doppler effect -RDE) در یک اتم نامیده می شود. نیکلاس نونز بارتو Nicolas Nunez Barreto و همکارانش از دانشگاه بوئنوس آیرس در آرژانتین اکنون RDE ایجاد شده توسط پرتوهای چرخان فروسرخ (IR) را روی یک تک یون کلسیم گیرافتاده مشخصه یابی کرده اند[1].

پژوهشگران از لیزرهای IR برای به وجود آوردن یک گذار خاص بین ترازهای الکترونی یون در یک میدان مغناطیسی استفاده کردند. دو لیزر IR دیگر، دو پرتو چرخان هم انتشارِ یکسان ایجاد کردند که طول موج های آنها می توانست تنظیم شوند. به لطف انتشار همزمان و ماهیت گذار، اثرات داپلر خطی دو پرتو با هم خنثی شد. تنها وقتی یون ضربه های جانبی مختلف ناشی از تکانه های زاویه ای نامساوی پرتوها را دریافت کرد، فوتون ها را جذب کرد که حضور و قدرت اثر RDE را آشکار می کند.

دو پرتو می توانند طوری تنظیم شوند که همپوشانی کنند یا نکنند، در یک جهت بچرخند یا نچرخند، یا روی یون همگرا شوند یا نشوند. با ایجاد همه این تنظیمات، نونز بارتو و همکارانش از یون استفاده کردند تا چندین پیش بینی برای RDE، از جمله اینکه این اثر به سمت مرکز پرتو افزایش می یابد و مستقل از اندازه کمر باریکه (پرتو) است را تایید نمایند.

1. N. A. Nuñez Barreto et al., “Observation of space-dependent rotational Doppler shifts with a single ion probe,” Phys. Rev. Lett. 133, 183601 (2024).

منبع

Probing the Rotational Doppler Effect with a Single Ion