Νέα σημαντική ανακάλυψη από ερευνητές του ΙΤΕ

Επιστήμονες στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (ΙΗΔΛ)  του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) με επικεφαλής τον Dr Wolf von Klitzing δημιούργησαν ένα κυκλικό επιταχυντή ουδέτερων ατόμων, ο οποίος είναι σε θέση να επιταχύνει συμπυκνώματα Bose-Einstein σε ταχύτητες μεγαλύτερες από την ταχύτητα του ήχου και να τα μεταφέρει σε αποστάσεις ρεκόρ.  Ο επιταχυντής αυτός, μεγέθους μόλις ενός χιλιοστού λειτουργεί όπως και ο πασίγνωστος επιταχυντής στο CERN που έχει μέγεθος χιλιομέτρων και χρησιμοποιεί φορτισμένα σωματίδια. Με την ανακάλυψη αυτή, ανοίγει ο δρόμος για νέες κβαντικές τεχνολογίες ικανές να δημιουργήσουν εξαιρετικά ευαίσθητους αισθητήρες περιστροφής και βαρύτητας.

Τα κυκλώματα ατόμων προσομοιάζουν στα ηλεκτρονικά κυκλώματα με τη διαφορά ότι λειτουργούν με ουδέτερα άτομα αντί για ηλεκτρόνια. Τα άτομα αυτά, προερχόμενα από συμπυκνώματα Bose-Einstein (κατάσταση της ύλης όπου τα άτομα χάνουν τον εντοπισμένο χαρακτήρα τους και όλα βρίσκονται παντού στο συμπύκνωμα την ίδια στιγμή, στην ίδια κβαντική κατάσταση), συμπεριφέρονται περισσότερο σαν κύματα παρά σαν μεμονωμένα σωματίδια γι’ αυτό ονομάζονται “Υλικά Κύματα”. Επειδή τα Υλικά Κύματα εμφανίζουν φαινόμενα συμβολής όπως όλα τα κύματα, έχουν την σημαντική ικανότητα να ανιχνεύουν ακόμη και ελάχιστες μεταβολές του περιβάλλοντός τους. Μπορούν, για παράδειγμα, να διακρίνουν μικροσκοπικές μεταβολές στο βαρυτικό πεδίο της γης, που ενδεχομένως να προέρχονται από την ύπαρξη κοιτασμάτων φυσικού αερίου ή πετρελαίου. Είναι επομένως πολλά υποσχόμενα όσον αφορά στην κατασκευή κβαντικών συσκευών εξαιρετικά μικρών διαστάσεων που μπορούν να μετρήσουν μικροσκοπικές δυνάμεις ή περιστροφές. Τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν μία μέρα να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση του κλίματος της Γης ανιχνεύοντας τα επίπεδα νερού στην έρημο ή για την αναζήτηση ορυκτών και πετρελαίου. Θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν στην πλοήγηση, όπου το GPS μπορεί να αποτυγχάνει, στα αεροσκάφη ή τα πλοία λόγω κακόβουλων επιθέσεων ή όπου δεν είναι διαθέσιμο, π.χ., στα βάθη των ωκεανών. Επί πλέον, είναι πιθανό στο μέλλον να χρησιμεύσουν ως φορητοί κβαντικοί προσομοιωτές ικανοί να επιλύουν σύνθετα υπολογιστικά προβλήματα.

Η έρευνα που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Nature αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς αυτήν την κατεύθυνση. Η ομάδα στο ΙΗΔΛ θα χρησιμοποιήσει αυτόν τον μίνι κυκλικό επιταχυντή τύπου CERN για να μελετήσει θεμελιώδη θέματα φυσικής όπως οι ιδιότητες των υπερρευστών συμπυκνωμάτων Bose-Einstein και οι συγκρούσεις μεταξύ ατόμων. Στο εγγύς μέλλον σχεδιάζουν να κατασκευάσουν ένα ατομικό γυροσκόπιο χιλιοστομετρικών διαστάσεων και έναν αισθητήρα βαρύτητας βασισμένο στους συγκεκριμένους κυματοδηγούς.