Lézer és mézer

Meglepőnek hathat, de a lézertudomány létrejötte magának a lézernek a feltalálását is megelőzte. Albert Einstein 1917-ben írta le a lézer és a mézer fogalmát egy tanulmányban, melyben ismételten levezette Max Planck sugárzási törvényét, egy olyan formalizmust használva, ami a valószínűségi együtthatókon (Einstein-együtthatók) alapult.

A lézerek egy keskeny, irányított fénysugarat fókuszálnak egy adott helyre, így kitűnő vágóeszközök,  hevítők és hegesztők. Az összes említett tevékenység hőt termel vagy igényel, miközben a lézersugarak fénysebességgel, majdnem 300 ezer méter másodperces sebességgel haladnak, vagyis a legnagyobb sebességgel, ami az Univerzumban elérhető.

A lassúság dicsérete

Egy tárgy hőmérséklete és sebessége között kapcsolat áll fenn. Minél melegebb valami, annál több energiája van és annál gyorsabban mozog, és ez még azokra a dolgokra is igaz, melyek tökéletesen mozdulatlannak tűnnek, mint például egy épület, vagy egy szikla, vagy egy számítógép, vagy a cikk írójának részecskéi. Mikroszkópikus szinten a részecskék, melyek felépítik őket gyorsan mozognak, oszcillálnak. 

A férfiak testének 60, a nők testének pedig 50 százaléka víz, és a vízmolekulák óránként több száz kilométert is megtesznek mozogásuk során.

Bose-Einstein kondenzátum

Ezek után talán meglepő lehet, de a lézereket hűtésre is használjuk. A kvantummechanika világában a részecskék néha hullámként viselkednek, és néha két különböző helyen is lehetnek egyszerre. Ha ezt a világot akarjuk tanulmányozni lézerekkel rendkívül alacsony hőmérsékletű atomfelhőket állíthatunk elő, melyek a Földön fellelhető leghidegebb dolgok közé tartoznak, és Bose-Einstein kondenzátumoknak nevezünk őket. Amikor az atomokat az abszolút nulla fok közelébe hűtjük, azok elkezdenek a kvantummechanika törvényei szerint viselkedni.

Az ultrahideg atomfelhők tanulmányozása segíthet más különös furcsa anyagok, például a szupravezetők tanulmányozásában. 1995-ben a kutatók minden addiginál alacsonyabb hőmérsékletre hűtötték az atomokat, és ezzel végre sikerült létrehozniuk azt az új anyagállapotot, melyet még Albert Einstein jósolt meg. 

A leglassabb dolog a Földön

De hogyan hűtenek le a lézerek egy atomfelhőt? A lézert egy nagyjából 30 centiméteres kamrába helyezett ytterbium atomjaira irányítva, a forró hőmérsékletű atomok már néhány másodperc múlva lehűlnek, lelassulnak és csapdába esnek a kamra közepén.

A lézer fotonokból áll, melyek folyamatosan mozgó energiacsomagok. Amikor lézert irányítunk a kamránkba, az atomok a lézersugárban lévő fotonáramokkal összeütközve lelassulnak és lehűlnek, épp úgy, ahogy a testünkkel is történik, ha gyorsan futunk erős jeges szél ellenében.

A kamrában a kis ütközésekkel, az atomfelhő hőmérséklete néhány milliomod fokkal az abszolút nulla fok fölé kerül. Ez mínusz -272.778 Celsius fok alatt van, de önmagában ettől még nem válik az atomfelhő, a Föld leglassabb dolgává. Ahhoz még egy lépés szükséges, melyet a fizikusok párologtató hűtésnek neveznek.

Elektromágneses tál

Ezek után a fizikusok egy áram alá helyezett elektromos tekercs mágneses terét felhasználva, az összes atomot megragadva, olyan láthatatlan kutat hoznak létre, melyben egy helyben maradnak az atomok, mint üveggolyók egy csésze alján. Lassan leengedve a csésze falait, csökkentve a tekercsen áthaladó áram erősségét, a gyorsabb, melegebb atomok elszökhetnek a „tálból”, és kikerülhetnek a csapdából.

A lassabb atomok viszont helyben maradnak, és ezek maradék hőmérséklete nem lesz több, mint egy fok egymilliomod részének egytizede az abszolút nulla fok fölött. A felhőben lévő atomok mesterségesen lelassított mozgásban vannak, ha egyenes vonalban mozognának, és ide-oda ugrálnának, akkor egy órán át tartana, amíg áthaladnak egy szobán. Összehasonlításképpen, a testünkben található molekulák, a másodperc töredéke alatt áthaladnának ugyanezen a szobán.

Ez tehát a leglassabb dolog a Földön, és lézerrel készül.

(Forrás: TheConversation Kép: Unsplash)

Ez is érdekelhet:

Kvantum fényfacsaró a kvantumzaj csökkentéséhez

Megszületett a világ legrövidebb lézerimpulzusa. De mire jó ez?

Másodpercenként 100 gigabites adattovábbítás kvantum-kaszkád lézerrel