Noile „fasciuri vortex” de atomi și molecule sunt primele de acest fel

Ca și înghețata moale, fasciculele de atomi și molecule vin acum cu un vârtej.

Oamenii de știință știau deja cum să trimită fascicule spiralate de lumină sau electroni, cunoscute sub numele de fascicule vortex (SN: 1/14/11). Acum, primele fascicule vortex de atomi și molecule sunt în meniu, raportează cercetătorii în 3 septembrie. Ştiinţă.

Fasciculele vortex făcute din lumină sau electroni s-au dovedit a fi promițătoare pentru realizarea unor tipuri speciale de imagini la microscop și pentru transmiterea de informații folosind fizica cuantică (SN: 8/5/15). Dar fasciculele vortex de particule mai mari, cum ar fi atomii sau moleculele, sunt atât de noi încât posibilele aplicații nu sunt încă clare, spune fizicianul Sonja Franke-Arnold de la Universitatea din Glasgow din Scoția, care nu a fost implicat în cercetare. „Este poate prea devreme să știm cu adevărat ce putem face cu el.”

În fizica cuantică, particulele sunt descrise printr-o funcție de undă, un model de undă care permite oamenilor de știință să calculeze probabilitatea de a găsi o particulă într-un anumit loc (SN: 6/8/11). Dar valurile fasciculelor de vortex nu zvâcnesc în sus și în jos ca valuri pe apă. În schimb, particulele fasciculelor au funcții de undă care se mișcă într-o mișcare de tirbușon pe măsură ce un fascicul călătorește prin spațiu. Asta înseamnă că fasciculul poartă un impuls de rotație cunoscut sub numele de moment unghiular orbital. „Acesta este ceva cu adevărat foarte ciudat, foarte neintuitiv”, spune fizicianul Edvardas Narevicius de la Institutul de Știință Weizmann din Rehovot, Israel.

Narevicius și colegii săi au creat noile fascicule trecând atomii de heliu printr-o rețea de modele de fante special, fiecare cu o lățime de doar 600 de nanometri. Echipa a detectat un semn distinctiv al fasciculelor vortex: un rând de inele în formă de gogoașă imprimate pe un detector de către atomi, în care fiecare gogoașă corespunde unui fascicul cu un moment unghiular orbital diferit.

Un alt set de gogoși a dezvăluit prezența fasciculelor vortex de excimeri de heliu, molecule create atunci când un atom de heliu într-o stare excitată sau energizată se perechează cu un alt atom de heliu.

mai multe forme de gogoși la rând, fiecare indicând un fascicul de atomi de heliu.  Două cercuri greu de văzut în mijloc indică molecule de heliu
Un model de inele relevă prezența fasciculelor vortex de atomi și molecule. Fiecare formă de gogoașă corespunde unui fascicul de atomi de heliu cu un moment unghiular diferit. Două cercuri greu de văzut din molecule de heliu se află între punctul central și primele două gogoși din stânga și din dreapta centrului.A. Luski et al/Ştiinţă 2021
mai multe forme de gogoși la rând, fiecare indicând un fascicul de atomi de heliu.  Două cercuri greu de văzut în mijloc indică molecule de heliu
Un model de inele relevă prezența fasciculelor vortex de atomi și molecule. Fiecare formă de gogoașă corespunde unui fascicul de atomi de heliu cu un moment unghiular diferit. Două cercuri greu de văzut din molecule de heliu se află între punctul central și primele două gogoși din stânga și din dreapta centrului.A. Luski et al/Ştiinţă 2021

În continuare, oamenii de știință ar putea investiga ce se întâmplă atunci când fasciculele vortex de molecule sau atomi se ciocnesc cu lumina, electronii sau alți atomi sau molecule. Astfel de ciocniri sunt bine înțelese pentru fasciculele normale de particule, dar nu și pentru cele cu moment unghiular orbital. Fascicule de vortex similare realizate cu protoni ar putea servi, de asemenea, ca metodă de sondare a interiorului misterios al particulei subatomice (SN: 18/04/17).

În fizică, „cele mai importante lucruri se obțin atunci când reexaminăm fenomenele cunoscute cu o perspectivă nouă”, spune fizicianul Ivan Madan de la EPFL, Institutul Federal Elvețian de Tehnologie din Lausanne, care nu a fost implicat în cercetare. „Și, cu siguranță, acest experiment ne permite să facem asta.”