Ελληνες ερευνητές κατασκεύασαν το ισχυρότερο λέιζερ ατόμου στον κόσμο

Ερευνητές στην Ελλάδα κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα λέιζερ ατόμων, που είναι επτά φορές πιο ισχυρό. Παγκοσμίως, περίπου δέκα ερευνητικές ομάδες ασχολούνται με τα λέιζερ ατόμων και μία από αυτές βρίσκεται στην Κρήτη, με εντυπωσιακές μάλιστα επιδόσεις σε διεθνές επίπεδο.

Οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον γερμανικής καταγωγής φυσικό Βολφ φον Κλίτσινγκ και τη μεταδιδακτορική ερευνήτρια Βασιλική Μπόλπαση, του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής & Λέιζερ του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) στην Κρήτη, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο διεθνές επιστημονικό περιοδικό «New Journal of Physics».

Συμμετείχαν επίσης ο επίκουρος καθηγητής Νίκος Ευφραιμίδης του Τμήματος Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Κρήτης και ο Παύλος Κονδύλης του Κέντρου Κβαντικών Τεχνολογιών του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης, καθώς επίσης οι Μάικλ Μορισέι και Μαρκ Μπέικερ από το ΙΤΕ και Ντάνιελ Σαχαγκούν από τη Σιγκαπούρη.

Τα λέιζερ ατόμων (ή ατομικά λέιζερ) εκπέμπουν δέσμες ύλης αντί για δέσμες φωτός. Όπως σε ένα συμβατικό οπτικό λέιζερ, η δέσμη του περιέχει φωτόνια (σωματίδια φωτός) που κινούνται με συνεκτικό τρόπο στον χώρο, με ανάλογο τρόπο σε ένα λέιζερ ατόμων η δέσμη του περιλαμβάνει εκατομμύρια άτομα. Τα λέιζερ ατόμων βρίσκονται στο αρχικό στάδιο των ερευνών και πρέπει να γίνουν ακόμη πολλά προτού βρουν πρακτικές εφαρμογές, όπως η ατομική συμβολομετρία, η ατομική λιθογραφία, η ακριβέστερη μέτρηση μαγνητικών πεδίων κ.α.

Κρίσιμος παράγων και για τους δύο τύπους λέιζερ είναι η ροή, δηλαδή ο ρυθμός εκπομπής φωτονίων ή ατόμων. Μέχρι σήμερα, η ροή των ατόμων στα λέιζερ ήταν περιορισμένη, αλλά η νέα έρευνα ξεπέρασε τα έως τώρα εμπόδια, επιτυγχάνοντας ροή επτά φορές μεγαλύτερη από ό,τι είχε επιτευχθεί μέχρι σήμερα.

Τα ισχυρότερα μέχρι σήμερα λέιζερ ατόμων συνίστανται σε νέφη ατόμων που έχουν παγιδευτεί με μαγνητικό τρόπο και έχουν ψυχθεί σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (πρόκειται για τα λεγόμενα «συμπυκνώματα Μπόουζ- Αϊνστάιν»). Αυτά τα συμπυκνώματα είναι τόσο κρύα, που πολλά άτομά τους βρίσκονται στη χαμηλότερη δυνατή ενεργειακή κατάσταση, με συνέπεια να χάνουν την ατομική τους ταυτότητα και να σχηματίζουν μία ενιαία κβαντική οντότητα. Με τη βοήθεια πεδίων ραδιοσυχνοτήτων, τα εν λόγω κρύα συμπυκνώματα τελικά εκπέμπουν μια συνεκτική δέσμη ατόμων, μετατρεπόμενα έτσι σε λέιζερ.

Οι ερευνητές στο ΙΤΕ, χρησιμοποιώντας ισχυρότερα πεδία ραδιοσυχνοτήτων, πέτυχαν μια ροή 4 Χ 10^7 (εις την εβδόμη δύναμη) ατόμων/δευτερόλεπτο και προβλέπουν ότι στο μέλλον, εφαρμόζοντας συμπυκνώματα Μπόουζ- Αϊνστάιν με περισσότερα άτομα, θα καταφέρουν -μέσα στις επόμενες εβδομάδες- να αυξήσουν περαιτέρω την ισχύ του ατομικού λέιζερ.

Επίσης, χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνική, για πρώτη φορά οι ερευνητές δημιούργησαν μια ισχυρή δέσμη ατόμων, που περιείχε ταυτόχρονα μια δέσμη λέιζερ ατόμων και μια πολύ κρύα δέσμη θερμικών ατόμων. Είναι η πρώτη φορά που επιτυγχάνεται μια τέτοια υβριδική δέσμη ατόμων. Η δέσμη θερμικών ατόμων, με θερμοκρασία μόλις 200 νανοκέλβιν, είναι δύο τάξεις μεγέθους πιο κρύα από οποιαδήποτε ανάλογη δέσμη ατόμων έχει επιτευχθεί μέχρι σήμερα.

Επικεφαλής στο Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (από το 2005) της εξαμελούς ερευνητικής ομάδας που -με ευρωπαϊκή και ελληνική χρηματοδότηση- μελετά τα λέιζερ ατόμων, είναι ο Βολφ φον Κλίτσινγκ, ο οποίος σπούδασε φυσική στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου και προτού εργαστεί στο ΙΤΕ, υπήρξε ερευνητής στην Ecole Normale Superieure του Παρισιού, με τον κάτοχο Νόμπελ Σερζ Χαρός, καθώς επίσης στα Πανεπιστήμια Σαπιέντζα της Ρώμης και Άμστερνταμ.

Όπως δήλωσε στο ΑΠΕ- ΜΠΕ, η αγάπη του για την Ελλάδα και η Ελληνίδα γυναίκα του (που διδάσκει ιστορία στο Πανεπιστήμιο Κρήτης) έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στο να επιλέξει την Κρήτη ως τόπο εργασίας και διαβίωσης. Αποτελεί, έτσι, επίλεκτο μέλος της μικρής ομάδας Γερμανών επιστημόνων που ζουν και εργάζονται σε ελληνικά πανεπιστήμια και ερευνητικά ινστιτούτα.
Η Βασιλική Μπόλπαση αποφοίτησε από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης το 2006, ενώ έκανε μεταπτυχιακά στην οπτοηλεκτρονική- μικροηλεκτρονική και το διδακτορικό της στα λέιζερ.

Για την πρωτότυπη επιστημονική εργασία στη διεύθυνση:
http://iopscience.iop.org/1367-2630/16/3/033036