Keinoatomi peilin edessä

Peili pidentää ikää - ainakin atomilla

Chalmersin teknillisessä korkeakoulussa on onnistuttu pidentämään atomin elinaikaa kymmenkertaiseksi normaaliin verrattuna. Siihen tarvitaan vain peili.

Jos atomi saa ylimääräistä energiaa, se virittyy. Ennen pitkää viritystila purkautuu, jolloin atomi menettää saamansa energian ja palaa alkuperäiseen perustilaansa. Tähän kuluvaa aikaa sanotaan atomin elinajaksi.

Tosin peili ei ole mikään aluminoitu lasinpalanen eikä atomikaan ole todellinen. Ja vaadittava lämpötila on hyvin alhainen: 30 mK eli kolme sadasosa-astetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella.

Tutkijat jäljittelivät atomia suprajohtavalla virtapiirillä, joka saatiin käyttäytymään samalla tavalla kuin aito atomi. Keinoatomi voidaan virittää energialla, jonka se sitten säteilee valona. Tai jos tarkkoja ollaan, säteilyn aallonpituus on paljon näkyvää valoa pidempi: atomi säteilee mikroaaltoja.

"Peilinä" toimi toisessa virtapiirissä oleva oikosulku. Keinoatomin etäisyyttä ei muutettu fyysisesti, vaan säätämällä "atomin" resonanssitaajuutta. Koe oli siis kaikilta osiltaan käytännössä simulaatio, mutta ominaisuuksiltaan tilanne vastasi tilannetta, jossa atomin elinaikaa pystytään muuttamaan hallitusti.

“Olemme osoittaneet, että pystymme säätelemään atomin elinaikaa hyvin yksinkertaisella tavalla”, sanoo tutkimusta johtanut Per Delsing

"Voimme säädellä atomin elinaikaa muuttamalla sen etäisyyttä peilistä. Jos sijoitamme atomin tietylle etäisyydelle peilistä, atomin elinaika muuttuu siten, että emme pysty edes havaitsemaan sitä. Käytännössä voimme piilottaa atomin peilin eteen."

Koejärjestely toteutettiin Chalmersin kokeellisten ja teoreettisten fyysikoiden yhteistyönä. Jälkimmäiset kehittivät teorian siitä, miten atomin elinaika riippuu sen etäisyydestä peiliin.

"Syynä atomin 'kuolemaan' eli paluuseen perustilaansa on, että se 'näkee' sähkömagneettisessa kentässä hyvin vähäisiä vaihteluita, tyhjiön fluktuaatioita, jotka ovat kvanttiteorian sanelemia", toteaa Göran Johansson, tutkimuksen teoriapuolta selvittäneen ryhmän vetäjä.

Kun atomi sijoitetaan peilin eteen, se vuorovaikuttaa peilikuvansa kanssa siten, että atomiin kohdistuvat tyhjiön kvanttifluktuaatiot muuttuvat. Atomin elinajan tarkastelun ohella koejärjestely soveltuukin myös hankalasti mitattavien fluktuaatioiden tarkasteluun.

Tutkimuksesta kerrottiin Chalmersin teknillisen korkeakoulun uutissivuilla ja se on julkaistu Nature Physics -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Moa Carlsson & Lisa Kinnerud, Krantz NanoArt

 

Juttuja samasta aiheesta