Atomokat számláló üvegszál

Az üvegszálas kábelek ma az internet nélkülözhetetlen információtovábbítói – azonban kvantumlaboratóriumként is szolgálnak. Bécsi tudósok atomokat kapcsoltak a fényhez ellenőrzött módon ultravékony üvegszálakban. Ehhez speciális fényhullámokat hoznak létre úgy, hogy azok már kisszámú atomra érzékenyen reagáljanak. Így különösen érzékeny detektorok építhetők, amelyekkel csekély anyagmennyiségeket is ki lehet mutatni.

Azoknak az üvegszálaknak a vastagsága, amelyeket a Bécsi Műszaki Egyetem atomkutató intézetének munkatársa, Arno Rauschenbeutel a kísérleteihez használ, mindössze a milliméter ötszázmilliomod része – azaz kisebb, mint a látható fény hullámhossza. „A fényhullám tulajdonképpen nem fér teljesen az üvegszálba, hanem egy kicsit kilóg belőle” – magyarázta Rauschenbeutel.

Éppen ebben rejlik a nagy előny: A fényhullám regisztrálja azokat az atomokat, amelyek kívül, az üvegszál közelében találhatóak. „Először atomokat fogunk be úgy, hogy azok épp az üvegszál fölött és alatt sorakozzanak, mint egy láncon a gyöngyszemek” – nyilatkozta Rauschenbeutel.

Az üvegszálon átküldött fényhullám minden egyes atommal érintkezik. Ha pontosan megmérik, hogyan változik a fényhullám, következtetni lehet arra, hogy hány atom kapcsolódott hozzá.

Mikroszkopikus szinten többnyire komoly következményekkel járó folyamatok játszódnak le, amikor a kvantumfizikában az atomokat és a fényt vizsgáljuk: Lehet, hogy a fényrészecskéket az atomok elnyelik, és aztán más irányba bocsátják ki, az atomok ezáltal felgyorsulnak, és az eredeti helyükről elmozdulnak.

A Bécsi Műszaki Egyetemen végzett üvegszálas kísérletek esetében mindenesetre elegendő egy viszonylag gyenge kölcsönhatás a fény és az atomok között. „Az üvegszálhoz kapcsolódó atomokon a fényhullám nem halad át olyan gyorsan, mint egyébként” – magyarázta Rauschenbeutel. Ha a fényhullám pontosan felfelé és lefelé, az atomok irányában halad, a hullámhegyek és hullámvölgyek egy kicsit eltolódnak. Ezzel szemben az a fényhullám, amelynek rezgéssíkjában nincsenek atomok, alig lassul.

A kutatók tehát különböző rezgésirányú fényhullámokat bocsátanak át az üvegszálon, és azok különböző terjedési sebessége alapján megmérik a relatív eltolódásukat. Ha ismerik ezt az eltolódást, abból tudják azt is, hogy hány atom késleltette a fényt.

Rauschenbeutel kvantumfizikai kutatócsoportja több száz, ill. több ezer atomot helyez az üvegszál mellé kevesebb, mint egy ezred milliméter távolságra. A fénysugarak segítségével számuk néhány atom pontossággal megbecsülhető. „A módszerünk elvileg 10-20 atomnyi pontosságú” – vélte a tudós. „Még dolgozunk további technikai trükkökön, például az atomok és az üvegszál közötti távolság csökkentésén. Ha ez sikerül, lehetővé kell válnia annak, hogy akár egy atomot is megbízhatóan kimutassunk.”

 Az üvegszálas módszer nemcsak a szenzorok fejlesztése, hanem a kvantumfizikai alapkutatás szempontjából is fontos. „Általában a mérés során a rendszer kvantumfizikai állapota elvész, mivel a mérési eljárás erősen befolyásolja a kvantumobjektumot” – magyarázta Rauschenbeutel. „A mi üvegszálaink lehetővé teszik a kvantumállapotok tetszés szerinti ellenőrzését anélkül, hogy tönkretennénk azokat.”

Az üvegszálhoz kapcsolódó atomok segítségével például pontosan lehet irányítani az egyes fényrészecskék rezgésirányát. Hogy ez milyen technológiai felhasználást tehet lehetővé, ma még egyáltalán nem tudható.

(Technische Universität Wien, 2011.12.08.)

Forrás: www.scinexx.de

Garamvölgyi Ágnes