Ученым-физикам впервые за всю историю науки удалось создать вихревой атомарный луч, своего рода закрученный «торнадо» из атомов и молекул, обладающий некоторыми удивительными квантовыми свойствами, которые еще только должны быть изучены в ближайшем будущем. В эксперименте прямой луч атомов гелия, направленный в пространство сквозь крошечное отверстие определенной формы, за счет влияния странных законов квантовой механики был преобразован в закрученный вихрь.
Художественное изображение закрученного вихревого пучка
© Weiquan Lin/Getty Images
После процедуры «закрутки» луч атомов приобрел еще один параметр — орбитальный угловой момент, характеризующий его вращение и придающий лучу некоторые удивительные свойства. К примеру, из-за различных скоростей вращения электронов и ядер атомов гелия в луче появляются своего рода дополнительные измерения магнетизма этого луча, что приводит к появлению непредсказуемых эффектов.
Вихревой атомарный луч был получен путем нацеливания обычного линейного луча атомов гелия сквозь сетку разрезов, толщиной всего 600 нанометров, которая выполняла роль дифракционной решетки. Однако, на уровне отдельных атомов столь малой величины, как атомы гелия, действуют законы квантовой механики, согласно которым частицы, атомы гелия в данном случае, могут вести себя и как частицы, и как кванты электромагнитных волн. Поэтому луч атомов, проходящий сквозь решетку, дифрагировал словно луч обычного света, изогнувшись и закрутившись в вихрь.
Датчик, на поверхность которого был нацелен вихревой атомарный луч, показал наличие в нем нескольких отдельных лучей, угловой орбитальный момент которых отличается на несколько угловых градусов. А на поверхности датчика эти лучи принимали форму нескольких вложенных концентрических окружностей разной толщины.
Также в общей картине на поверхности датчика были замечены самые малые, но самые яркие кольца, параметры которых соответствуют появлению так называемых эксимеров гелия, своего рода молекул, образованных двумя возбужденными атомами гелия. Отметим, что гелий является наименее активным элементом даже среди группы инертных газов, в нормальных условиях он не образует молекул и не реагирует с другими веществами.
В будущих экспериментах ученые попробуют создать лучи, подобные вихревому лучу гелия, состоящие из фотонов, электронов и атомов других элементов. Это позволит им определить и измерить свойства, которые придает лучам наличие орбитального углового момента. А уже сейчас ученые рассматривают вихревой атомарный луч в качестве кандидата на использование в микроскопах следующих поколений, которые позволят увидеть некоторые вещи, скрытые до сих пор на субатомном уровне.
Статья опубликована в журнале Live Science
Источник: dailytechinfo.org
