Fizycy demonstrują pierwszy laser wykonany z chmury gazu

Od lat 60. astronomowie dostrzegli liczne źródła intensywnego światła optycznego i mikrofalowego o określonych częstotliwościach. Źródła te początkowo intrygowały astronomów, ale wkrótce stało się jasne, że światło jest generowane przez naturalnie występujące lasery (lub masery w przypadku mikrofal).

Okazuje się, że w pewnych okolicznościach same atmosfery gwiazd i planet mogą działać, wytwarzając światło w taki sam sposób, jak lasery, których używamy w odtwarzaczach CD i wskaźnikach laserowych.

Te naturalnie występujące lasery od wielu lat intrygują astronomów, ponieważ wydają się występować w rozcieńczonych gazach składających się z przypadkowych atomów. Dzisiaj Robin Kaiser i jego koledzy z Institut Non Lineaire de Nice w południowej Francji twierdzą, że po raz pierwszy na Ziemi stworzyli lasery, które działają w ten sam sposób.

Fizycy wytwarzają konwencjonalne lasery z atomów, które emitują światło o określonej częstotliwości. Chodzi o to, aby wzbudzić te atomy poprzez dodanie energii. W tym stanie atomy uwalniają tę energię w postaci spójnego światła, gdy fotony przechodzą w pobliżu – tak zwana emisja wymuszona.

Odbijając światło w przód iw tył od atomów, fizyk może wywołać to uwolnienie i wzmocnić światło. Stąd nazwa: wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania i jego akronim – laser.

Ważne jest medium, które zawiera te atomy. W konwencjonalnych laserach atomy są zwykle zamknięte w krysztale. Jest to przydatne, ponieważ fizycy mogą łatwo umieścić lustro na każdym końcu kryształu, aby światło odbijało się w nim tam i z powrotem. Inne lasery opierają się na gazach zamkniętych we wnęce optycznej z lustrami na każdym końcu.

Ale gaz w gwiezdnej lub planetarnej atmosferze wyraźnie nie jest zamknięty w jamie, więc ważnym pytaniem jest, jak światło może być zamknięte w sposób, który wyzwala stymulowaną emisję.

W ostatnich latach fizycy znaleźli odpowiedź w postaci losowych laserów. Składają się one z pewnego rodzaju nieuporządkowanego ośrodka, takiego jak proszek półprzewodnikowy. Światło, które stymuluje emisję, nie jest ograniczane przez lustra, ale przez nieuporządkowany stan proszku – światło po prostu odbija się w nim losowo.

Lasery kosmiczne działają w ten sam sposób, z tym wyjątkiem, że losowym ośrodkiem jest gaz w atmosferze gwiazdowej lub planetarnej. Ale podczas gdy fizycy stworzyli losowe lasery działające przy użyciu barwników proszkowych lub ciekłych, nikomu nie udało się stworzyć takiego lasera przy użyciu gazu.

To znaczy do tej pory. Relacjonujemy eksperymentalne obserwacje losowego laserowania w kontrolowanej, zimnej parze atomowej, powiedzmy Kaiser i spółka.

Ci faceci zbudowali swój laser z małej chmury atomów rubidu zamkniętej w magnetooptycznej pułapce. Pobudzają atomy, a następnie niszczą je laserem dostrojonym blisko oczekiwanej częstotliwości emisji rubidu. To odbija się losowo wewnątrz chmury, wywołując stymulowaną emisję światła.

Rzeczywiście, wykonane przez zespół pomiary światła emitowanego z chmury pokazują, że rzeczywiście działa ono laserowo.

To interesujące, ponieważ zdolność do odtworzenia mechanizmu laserowego na Ziemi pozwoli fizykom po raz pierwszy zbadać procesy, które prowadzą do naturalnego laserowania w kosmosie.

Może mieć też inne zastosowania. Możliwość tworzenia stosów proszku lub chmur zimnych atomów wytwarzających światło laserowe może doprowadzić do powstania nowych źródeł sztucznego światła.

Tak więc naturalnie występujące lasery kosmiczne mogą pewnego dnia stać się inspiracją dla nowej generacji świateł na Ziemi. Fajne!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1301.0522 : Losowy laser zimnego atomu

ukryć