اتم‌ها را با لیزر می‌توان به دام انداخت

اتم‌ها خیلی سخت گیر می‌افتند. در دمای معمولی، در هوایی كه تنفس می‌كنیم اتم‌ها با سرعتی حدود m/s500 جولان می‌دهند، فقط در دماهای نزدیك به صفر مطلق است كه سرعت آن‌ها به حد پرسه زدن می‌رسد. اما فیزیكدان‌های امریكایی اخیراً موفق شده‌اند به كمك نورلیزر دسته كوچكی از اتم‌ها را گیر بیندازند و به مدتی در حدود یك ثانیه تقریباً بی حركت نگهشان بدارند.
بیست سالی می‌شود كه دانشمندان به فكر كند كردن اتم‌ها افتاده‌اند. اتم‌ها بی حركت وسیله خوبی برای اندازه‌گیری دقیق بعضی خواص اتمی است كه معمولاً در اثر حركت اتم‌ها مخدوش می‌شوند. بررسی اثرهای كوانتومی جمعی در دماهای كم و چگالی‌های زیاد، اندازه‌گیری عمر طولانی حالت‌های شبه‌پایدار، و طیف نمایی با قدرت تفكیك زیاد، نمونه‌هایی از كاربردهای اتم‌های كند است.
تله‌ای كه برای شكار اتم‌ها به كار می‌رود، یك چاه پتانسیل است كه اتم‌ها فقط در صورتی می‌توانند از آن فرار كنند كه انرژی كافی برای بالا رفتن از دیواره‌های چاه را داشته باشند. چیزی كه هست چون نیروهای الكترومغناطیسی مؤثر بر اتم‌های خنثی خیلی كوچك‌اند، عمق چاه خیلی كم است. مشكل كار، فراهم آوردن اتم‌هایی است كه انرژی جنبشی‌شان آن‌قدر كم باشد كه گیر چنین تله‌هایی بیفتند. سال گذشته دو گروه از فیزیك‌دانان امریكایی برای اولین بار موفق شدند سرعت اتم‌ها را به چند متر بر ثانیه برسانند. به چنین سرعت‌هایی فقط در دمای كمتر از K01ر0 می‌توان رسید. پژوهشگران این كار را با سرد كردن اتم‌ها به صورت متداول انجام نداند بلكه گذاشتند اتم‌ها انرژی شان را در اثر برخورد با فوتون‌های یك پرتو لیزر از دست بدهند. چیزی نگذشت كه یكی از گروه‌ها از مؤسسه ملی استانداردها در مریلند، و دانشگاه ایالتی نیویورك در استونی بروك، دام اندازی مغناطیسی اتم‌ها را با استفاده از چهار قطبی مغناطیسی، گزارش دادند.
اخیراً استیون چو و همكارانش در آزمایشگاه‌های ا تی‌اند تی بل در هومدل نیوجرسی، میدان‌های الكترومغناطیسی یك پرتو كانونی شده لیزر را برای دام اندازی اتم‌ها به كار گرفته‌اند، و می‌خواهند به سرعت‌هایی كمتر از آنچه با تله چهار قطبی قابل حصول است، دست پیدا كنند.
اتم‌ها از لحاظ الكتریكی خنثی هستند اما خیلی‌هایشان، مثل اتم‌های سدیم كه در این آزمایش‌ها به كار رفته‌اند، نظیر آهنرباهای كوچك رفتار می‌كنند و تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی قرار می‌گیرند. نور هم مثل همه امواج الكترومغناطیسی شامل میدان‌های الكتریكی و مغناطیسی است كه عمود بر هم نوسان می‌كنند. بنابراین می‌شود با استفاده از مؤلفه مغناطیسی آن، چاه پتانسیلی را به وجود آورد كه آهنرباهای اتمی در آن به دام بیفتند. این درست همان كاری است كه فیزیك‌دانان هومدل كرده‌اند.
این گروه كار را با اتم‌های سدیمی شروع كردند كه سرعتشان m/s200 بود و با استفاده از روشی كه قبلاً به آن اشاره شد این سرعت را به m/s20 رساندند. بعد اتم‌ها را وارد معجونی كردند كه اسمش را شیره نوری گذاشته‌اند. این شیره از شش پرتو لیزری متقاطع حاصل می‌شود كه یك ناحیه پر از فوتون ایجاد می‌كنند. در این ناحیه اتم‌ها در اثر برخوردهای پی در پی با فوتون‌ها كند می‌شوند. در این شیره نوری است كه دست آخر سرعت اتم‌ها به m/s6ر0 می‌رسد. پرتو لیزر هفتمی هم میدان لازم برای گیر انداختن اتم‌ها را در یك چاه پتانسیل كم عمق فراهم می‌كند.
پژوهشگران می‌خواهند با این روش حدود 500 اتم را در حجمی به اندازه یك میلیاردم سانتی‌متر مكعب، به مدتی در حدود یك ثانیه نگهدارند. ضمناً د.ا.پریچارد و همكارانش در ام آی تی و دانشگاه كلرادو با بررسی نظری مسئله نشان داده‌اند كه با استفاده از نیروهای خود به خودی ناشی از پرتو ایستای لیزری، مخصوصاً با استفاده از آرایشهای چند باریكه‌ای، می‌شود تله‌های عمیق‌تر و پایدارتری ساخت. چند طرح مشخص هم برای این تله‌ها ارائه كرده‌اند. مطالعات آنان نشان می‌دهد كه ایجاد تله‌هایی با حجم چندین سانتی متر مكعب و عمقی در حدود 100 برابر بیشتر از تله گروه هومدل، امكان‌پذیر است.