Zvětšit obrázek

Mark Raizen: „Výzkum zbraní byl tím, co motivovalo tuto studii. Není časté, že zbrojařská technologie inspiruje základní výzkum.“

Elektromagnetická puška je ve „sci-fi“ téměř standardem, ale vojenské pokusy k uvedení takových zbraní do praxe zatím ještě neuspěly. Zatímco konvenční pušky používají chemické výbušniny k vytvoření přetlaku horkého plynu, který žene střelu hlavní, tak elektromagnetická zbraň by měla urychlovat projektil z magnetického materiálu, obvykle na bázi železa, sadou cívek, které vytváří silné magnetické pole, přičemž nedochází k žádnému mechanickému kontaktu mezi projektilem a „hlavní“. Ovšem pouze několik materiálů, ze kterých se dělají skutečné střely, je magnetických. „Ale když se podíváte na jednotlivé atomy, tak skoro všechny jsou magnetické,“ říká jeden z autorů zařízení profesor Mark Raizen.

Na Texaské universitě v Austinu také sestrojili takovou elektromagnetickou „zbraň“, ovšem ta jejich je výjimečná tím, že pracuje obráceně – místo aby projektily vystřelovala, tak  letící „střely“ zastavuje. Pod termínem  střely musíme uvažovat  v rozměrech atomů a molekul. Jak tyto atomy prochází atomovou reverzní elektromagnetickou „zbraní“, vysokorychlostní elektronika postupně zapíná magnetický „zpomalovací retardér“ každé cívky. Tento systém kombinovaný s novou chladící technikou, dává naději na zachycení a zchlazení širokého spektra atomů.

Elektromagnetická „zbraň“ v podání Texaské univerzity (M. Raizen/Univ. of Texas)

Raizenův tým použil pulzů magnetického pole ke zpomalení svazku excitovaných, paramagnetických neonových atomů, které byly vystřeleny z jejich aparatury. Svazek procházel středem 64 cívek, kde každá produkovala mikrosekundové pětiteslové pulzy. „Princip je podobný elektromagnetické „zbrani“, která byla vyvinuta armádou k vypouštění střel, jenže to funguje naopak,“ říká Raizen. „Naše skupina byla první, která prokazatelně zpomalila proud atomů z rychlosti 450 metrů za sekundu na 56 metrů za sekundu, to znamená 98procentní redukci kinetické energie.“

Marlan Scully: „Myslím si, že tento výzkum je fantastický. Dalo nám to nový způsob jak ochlazovat atomy a dostalo nás to „do hry“ s ochlazováním vodíku. To by mohlo být významným nástrojem, který nám pomůže porozumět některým věcem v základním výzkumu atomů. Možným cílem projektu je vážení neutrin, což je přímo ďábelský úkol, neutrina jsou velmi malinká a velmi obtížně zachytitelná. Zachycením atomů tritia, nejtěžšího izotopu vodíku, vědci doufají, že dokáží zvážit neutrina, která vyletují v okamžiku jeho rozpadu, což doposud nebyli schopni.“

Zachycování částic

Když letící částice dosáhne ústí „hlavně“, tak se setká s magnetickým polem vytvářeným cívkami a toto magnetické pole každé cívky postupně zpomaluje rychlost částice. Elektromagnetická „zbraň“ zcela zastaví atomy a molekuly letící rychlostí až 500 metrů za sekundu. Práce je postavena na předchozí verzi osmnácti stupňové elektromagnetické „zbraně“ zkonstruované Raizenem a jeho skupinou v roce 2007. „Konečně tohle je velmi jednoduché řešení jak zastavit téměř jakýkoliv atom,“ říká Raizen.

Zastavení a zmrazení „střely“
Ochlazení atomů do blízkosti absolutní nuly dosud bylo možné díky laserové technice, ale jenom asi deset procent prvků v periodické tabulce má na to potřebnou atomovou strukturu. Nová dvoustupňová technika s použitím představené technologie slibuje ochladit atomy představující 90 procent prvků. Jako důkaz, výzkumníci zpomalili paprsek atomů magnetickou brzdovou soustavou a pak, při práci s odděleným vzorkem, předvedli jak ochladit atomy ještě více. Laserové chlazení způsobilo převrat ve výzkumu atomové fyziky a vedlo k vytvoření neobvyklých kvantových systémů, jako Bose-Einsteinova kondenzátu. Ale dosud neexistuje žádné jednoduché řešení, umožňující pracovat se širokým spektrem atomů.
Nyní si Mark Raizen z Texaské university v Austinu a jeho kolegové myslí, že se asi k jednomu řešení dostali na dosah. „Jakýkoliv atom s nepárovým elektronem je vlastně paramagnetický, znamená to, že se chová jako magnetický dipól. Asi 90 procent prvků v periodické tabulce je ve svém základním stavu paramagnetických a mnoho jednoduchých molekul také.“ Raizenův tým vyvinul program ke zpomalení paramagnetických částic – obvykle první krok ochladí atomy nebo molekuly a ty jsou potom zachyceny.
Claude Cohen-Tannoudji z École Normale Supérieure v Paříži myslí, že tyto pokusy jsou významným krokem k rozšíření chladících a zachycovacích metod pro mnoho atomů a molekul. Ale Kristian Helmerson z National Institute of Standards and Technology v Gaithersburgu v Marylandu, říká, že tato práce není tak zásadním objevem, jak by se mohlo na první pohled zdát, protože se podobá předchozímu schématu, které mělo omezené ochlazovací možnosti. Raizen připouští, že metoda jeho skupiny má podobná omezení, ale její výhoda je v tom, že může být aplikována na téměř všechny druhy atomů a molekul, které mohou být zachyceny v magnetické pasti.  
Fyzikové říkají, že díky tomu, že dokázali zastavit vprostřed letu „střely“ velikosti atomu, letící rychlostí 500 metrů za sekundu, by také mohli být například schopni vážit neutrina...

Zdroj: Physical Review Focus