Podobnie jak lody na miękko, wiązki atomów i molekuł tworzą teraz wir.
Naukowcy wiedzieli już, jak rozprowadzać spiralne wiązki światła lub elektronów, znane jako wiązki wirowe. Teraz w menu pojawiły się pierwsze wiązki wirowe atomów i molekuł, donoszą naukowcy w Science z 3 września.
Wiązki wirowe wykonane ze światła lub elektronów okazały się obiecujące w zakresie tworzenia specjalnych rodzajów obrazów mikroskopowych i przesyłania informacji przy użyciu fizyki kwantowej. Ale wiązki wirowe większych cząstek, takich jak atomy lub cząsteczki, są tak nowe, że możliwe zastosowania nie są jeszcze jasne, mówi fizyk Sonja Franke-Arnold z University of Glasgow w Szkocji, która nie była zaangażowana w badania. „Może jest za wcześnie, aby naprawdę wiedzieć, co możemy z tym zrobić”.
W fizyce kwantowej cząstki są opisywane przez funkcję falową, wzór przypominający falę, który pozwala naukowcom obliczyć prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w określonym miejscu. Ale fale wiązek wirowych nie kołyszą się w górę i w dół jak fale na wodzie. Zamiast tego cząstki wiązek mają funkcje falowe, które poruszają się ruchem korkociągowym, gdy wiązka przemieszcza się w przestrzeni. Oznacza to, że wiązka przenosi ruch obrotowy znany jako orbitalny moment pędu. „To jest coś naprawdę bardzo dziwnego, bardzo nieintuicyjnego”, mówi fizyk Edvardas Narevicius z Instytutu Nauki Weizmanna w Rehovot w Izraelu.
Narevicius i współpracownicy stworzyli nowe wiązki, przepuszczając atomy helu przez siatkę specjalnie ukształtowanych wzorów szczelin, każdy o szerokości zaledwie 600 nanometrów. Zespół wykrył cechę charakterystyczną wiązek wirowych: rząd pierścieni w kształcie pączka odciśnięty przez atomy na detektorze, w którym każdy pączek odpowiada wiązce o innym orbitalnym momencie pędu.
Inny zestaw pączków ujawnił obecność wiązek wirowych ekscymerów helu, cząsteczek powstałych, gdy atom helu w stanie wzbudzonym lub pod napięciem łączy się z innym atomem helu.
Następnie naukowcy mogą zbadać, co się dzieje, gdy wiązki wirowe cząsteczek lub atomów zderzają się ze światłem, elektronami lub innymi atomami lub cząsteczkami. Takie zderzenia są dobrze zrozumiałe dla normalnych wiązek cząsteczek, ale nie dla tych z orbitalnym momentem pędu. Podobne wiązki wirowe wykonane z protonów mogą również służyć jako metoda sondowania tajemniczych wnętrzności cząstek subatomowych.
W fizyce „najważniejsze rzeczy osiąga się, gdy ponownie przyglądamy się znanym zjawiskom z nową perspektywą”, mówi fizyk Ivan Madan z EPFL, Szwajcarski Federalny Instytut Technologii w Lozannie, który nie był zaangażowany w badania. „I na pewno ten eksperyment nam na to pozwala”.
