نوع اتمی لیزر

صحبت از نوعی از لیزر است؛ لیزری كه مجموعه‌ای همدوس از فوتون‌ها نیست، بلكه مجموعه‌ای همدوس از اتم‌هاست. گروهی از ام‌آی‌تی گزارش یك جفتنده خروجی را منتشر كرده‌اند كه به كمك آن می‌توان از یك چگاله بوزه – اینشتین پرتوی باریكی از تپ‌های ماده استخراج كرد.
امكان وجود لیزر اتمی، علی‌الاصول نباید خیلی دور از ذهن باشد؛ می‌دانیم كه ماده هم، مثل نور، خاصیت موجی دارد و طول موج دوبروی هر ذره با تكانه آن تعیین می‌شود. پس اگر با نور موجی می‌شود لیزر تهیه كرد، چرا با ماده نشود؟
مشكل اینجاست كه چطور باید این كار را كرد. در مورد نور به این ترتیب عمل می‌شود كه ابتدا انرژی را در ماده ذخیره می‌كنند. اتم‌ها یا مولكول‌ها را به حالت برانگیخته می‌برند. سپس این انرژی به شكل بسته‌های موج (فوتون) گسیلیده می‌شود؛ لیزر به این علت ممكن است كه می‌توان فوتون‌هایی تولید كرد كه تكانه‌شان دقیقاً برابر تكانه فوتون‌هایی باشد كه در محیط حضور دارند. به این ترتیب، تعداد فوتون‌های یكسان را می‌توان به عدد بزرگی رساند. این به خاطر آن ممكن است كه فوتون از نوع ذرات بوزه – اینشتین است، یعنی بوزون است. ذرات یا بوزون‌اند یا فرمیون. بوزون‌ها ذراتی‌اند كه می‌توانند یك حالت كوانتومی را اشغال كنند. در حالی كه بیش از یك فرمیون نمی‌تواند یك حالت كوانتومی را اشغال كند. به این ترتیب، رفتار همدوس برای فرمیون‌ها غیر ممكن است.
بیشتر اتم‌های فلزات قلیایی بوزون‌اند. بنابراین می‌توان از آن‌ها مجموعه‌ای همدوس ساخت. در دماهای بسیار كم، این بوزون‌ها به حالت پایه انرژی می‌روند و این پدیده‌ای است كه آن را چگالش بوزه – اینشتین می‌نامند. در سال 1995، این پدیده برای نخستین بار در مورد اتم‌های روبیدیم مشاهده شد؛ گازی از اتم‌ها را كه در یك تله مغناطیسی به دام افتاده بودند، تا دمایی كمتر از یك میكروكلوین سرد كردند و در اینجا بود كه چگاله مشاهده شد. آزمایش‌های جدید ام‌آی‌تی گام جدیدی در تولید یك چشمه لیزری اتمی است. در این آزمایش‌ها اتم‌ها به طور هموار و بدون از دست دادن همدوسی از تله مغناطیسی خارج می‌شوند و به درون یك باریكه اتمی هدایت می‌شوند.
در حال حاضر باریكه اتمی همدوس فقط تولید می‌شود، اما كنترل جهت باریكه هم علی‌الاصول ممكن است. گروه ام‌آی‌تی، با استفاده از تداخل باریكه‌های اتمی، همدوس بودن باریكه‌ها را هم نشان داده‌اند. روش كار این است كه دو باریكه را بر صفحه‌ای می‌تابانند و به دنبال نوارهای تداخلی می‌گردند. اگر باریكه‌ها به حد كافی همدوس باشند، این نوارها دیده می‌شوند، و این همان چیزی است كه گروه ام‌آی‌تی مشاهده كرده است.
این آزمایش‌ها گام مهمی در تولید لیزر اتم است، هر چند هنوز باریكه پیوسته و با شدت پایدار تولید نشده است.
نكته دیگر كاربردهای بالقوه لیزر اتمی است. لیزر اتمی باریكه‌ای پر قدرت و با جهت دقیقاً معین است. چنین باریكه‌ای را قاعدتاً می‌توان با توری پراش یا وسایل دیگر كانونی كرد. به این ترتیب می‌توان باریكه را به طرف نقطه خاصی هدایت كرد. هدایت دقیق اتم‌ها به نقاط خاص، درست همان چیزی است كه برای ساخت مدارهای الكترونی در مقیاس میكرو (یا نانو) متر لازم است.
امواج همدوس ماده ممكن است باریكه لیزر به عنوان متر سنجش استاندارد را هم پشت سر بگذارند. دقت سنجش طول بر اساس لیزر با طول موج لیزر تعیین می‌شود، كه در مورد نور مرئی در حدود نیم میكرومتر است؛ اما طول موج پرتوهای مادی به سرعت ذرات بستگی دارد و با افزایش سرعت ذرات، علی‌الاصول می‌توان باریكه‌هایی به دست آورد كه طول موجشان صد بار كوچك‌تر از طول موج نور مرئی باشد. ساعت‌های دقیق براساس امواج پیوسته اتمی، و تداخل سنج‌های اتمی به عنوان ژیروسكوپ و شتاب‌سنج از جمله دیگر كاربردهای بالقوه لیزر اتمی‌اند. سرانجام، لیزر اتمی می‌تواند یكی از وسایل آزمون بعضی از نظریه‌های كوانتومی باشد كه پیش بینی‌هایشان در مقیاس بزرگ از پیش بینی‌های كوانتوم مكانیك استاندارد منحرف می‌شود.