اقرأ في هذا المقال
قد يكون لليزر الذري تأثير كبير على مجالات البصريات الذرية والطباعة الحجرية الذرية والساعات الذرية الدقيقة والقياسات الأخرى للمعايير الأساسية، حيث أن أحد التطبيقات التي يكون فيها تماسك ليزر الذرة أمرًا بالغ الأهمية هو التصوير المجسم الذري.
الليزر الذري في فيزياء الكم
ليزر الذرة في فيزياء الكم هو حالة متماسكة لانتشار الذرات، إذ يتم تكوينها من مكثف بوز-آينشتاين من الذرات التي يتم إخراجها مقترنة باستخدام تقنيات مختلفة مثل الليزر البصري، إن الليزر الذري شعاع متماسك يتصرف مثل الموجة. كان هناك بعض الحجة القائلة بأن مصطلح ليزر الذرة مضلل، ففي الواقع تشير كلمة الليزر إلى تكبير الضوء عن طريق الانبعاث المنشط للإشعاع والذي لا يتعلق بشكل خاص بالجسم المادي المسمى ليزر الذرة وربما يوضح بشكل أكثر دقة مكثف بوز-آينشتاين (BEC).
المصطلح الأكثر استعمالا اليوم هو التفريق بين (BEC) الذي يتم الحصول عليه عادةً بواسطة ما يسمى التبخر في المصيدة المحافظة من الليزر الذري نفسه وهو عبارة عن موجة ذرية منتشرة تم صنعها بواسطة الاستخراج من (BEC) الذي تم تحقيقه في الماضي، حيث تحاول بعض الأبحاث التجريبية الجارية الحصول على ليزر ذري مباشرةً من شعاع ساخن من الذرات دون عمل (BEC) محاصر أولاً.
اكتشاف الليزر الذري
تم الكشف عن أول ليزر ذري نابض في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن طريق البروفيسور وولفجانج كيتيرل وآخرون في نوفمبر 1996، حيث استعمل كيترل نظيرًا للصوديوم واستعمل مجالًا مغناطيسيًا متذبذبًا كتقنية اقتران الإخراج مما عمل على سحب القطع الجزئية التي تشبه إلى حد كبير صنبور تقطير بواسطة الجاذبية.
منذ صنع أول ليزر ذري ظهرت هناك زيادة كبيرة في إعادة إنتاج الليزر الذري جنبًا إلى جنب مع التكنولوجيات المختلفة لاقتران المخرجات وفي البحث العام، حيث تشبه المرحلة التطورية الحالية لليزر الذري مرحلة تطور الليزر الضوئي خلال اكتشافه في الستينيات، وليتم عمل هذا الهدف فإن المعدات والتقنيات في مراحلها التطويرية الأولى فهي الآن موجودة في مجال مختبرات البحث بشكل صارم.
فيزياء الليزر الذري
تشبه فيزياء الليزر الذري تلك الموجودة في الليزر البصري، حيث تتمثل الاختلافات الرئيسية بين الليزر البصري والليزر الذري في أن الذرات تتفاعل مع نفسها ولا يمكن تكوينها كما يمكن للفوتونات وتمتلك كتلة بينما لا تنتشر الفوتونات؛ لذلك تنتشر الذرات بسرعة أقل من سرعة الضوء، إن تفاعل فان دير فالس للذرات مع الأسطح يجعل من الصعب صنع المرايا الذرية النموذجية لليزر التقليدي.
تم عرض ليزر ذري زائف يعمل باستمرار لأول مرة بواسطة ثيودور هانش وإيمانويل بلوخ وتيلمان إسلنجر في معهد ماكس بلانك للبصريات الكمية في ميونيخ، حيث ينتجون شعاعًا مستمرًا يتم التحكم فيه جيدًا يمتد حتى 100 مللي ثانية، بينما أنتج أسلافهم نبضات قصيرة فقط من الذرات، ومع ذلك لا يشكل هذا ليزرًا ذريًا مستمرًا لأن تجديد (BEC) المستنفد يستمر حوالي 100 مرة أطول من مدة الانبعاث نفسها، أي أن دورة العمل هي 1/100.
تطبيقات الليزر الذري
الليزر الذري مهم جدا للتصوير الهولوجرافي الذري، وعل ذكر التصوير الهولوغرافي التقليدي تستعمل الصورة الثلاثية الأبعاد للذرات حيود الذرات، حيث أن الطول الموجي للذرات دي بروجلي أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء، لذلك يستطيع الليزر الذري إنشاء صور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة، ويمكن استعمال التصوير الهولوجرافي الذري لعرض أنماط الدوائر المتكاملة المعقدة على بعد بضعة نانومترات فقط في المقياس على أشباه الموصلات.
ومن التطبيقات الأخرى التي قد تستفيد أيضًا من ليزر الذرات هي قياس التداخل الذري، ففي مقياس التداخل الذري يتم تقسيم حزمة الموجة الذرية بشكل متماسك إلى حزمتين من الموجات التي تتبع مسارات مختلفة قبل إعادة الاتحاد.
يمكن استخدام مقاييس التداخل الذري والتي يمكن أن تكون أكثر حساسية من مقاييس التداخل الضوئية لاختبار نظرية الكم ولديها دقة عالية لدرجة أنها قد تكون قادرة على اكتشاف التغيرات في الزمكان، وهذا لأن الطول الموجي للذرات دي بروي أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء والذرات لها كتلة؛ ولأن البنية الداخلية للذرة يمكن أيضًا استغلالها.
التبريد والحبس بالليزر هو القدرة على تبريد الذرات إلى درجات حرارة حركية غير مسبوقة، وحصر ودعم الذرات المعزولة في مصائد الذرة، إذ يسمح هذا المستوى الجديد الفريد من التحكم في الحركة الذرية للباحثين بدراسة سلوك الذرات في ميكانيكا الكم.
