Fysikere har skabt verdens første atomare hvirvelstråle – en hvirvlende hvirvel af atomer og molekyler med mystiske egenskaber, som endnu ikke er blevet forstået.
Ved at sende en lige stråle af heliumatomer gennem et gitter af bittesmå spalter, var forskerne i stand til at bruge kvantemekanikkens mærkelige regler til at forvandle strålen til en roterende hvirvel. Denne rotation af strålen, kaldet orbital vinkelmomentum, giver den en ny bevægelsesretning, så den kan handle på måder, som forskere endnu ikke har forudsagt. For eksempel mener videnskabsmænd, at roterende atomer kan tilføje en stråle af yderligere dimensioner til magnetisme, blandt andre uforudsigelige effekter, på grund af elektronerne og kernerne inde i de spiralformede hvirvelatomer, der spinder med forskellige hastigheder.
Forskerne skabte strålen ved at lede heliumatomer gennem et gitter af små spalter, der hver kun måler 600 nanometer i diameter. I kvantemekanikkens rige - det regelsæt, der styrer verden af meget små mængder - kan atomer opføre sig som partikler og som små bølger, så en stråle af bølgelignende heliumatomer diffrakteret gennem et gitter, bøjet så meget, at den dannedes en hvirvel, der løb gennem rummet som en proptrækker.
Hvirvelatomerne ramte derefter en detektor, som viste flere stråler – diffrakteret i forskellig grad og med forskellig vinkelmomentum – i form af bittesmå doughnut-lignende ringe. Forskerne bemærkede også endnu mindre og lysere ringe, der var kilet inde i de tre centrale hvirvler. Disse er tegn på helium excimerer - molekyler dannet, når et energisk exciteret heliumatom klæber til et andet heliumatom.
Det orbitale vinkelmomentum, der tildeles atomerne inde i spiralbundtet, ændrer også de kvantemekaniske udvælgelsesregler, der bestemmer, hvordan de snoede atomer vil interagere med andre partikler. Dernæst vil forskerne bryde disse heliumstråler op i fotoner, elektroner og atomer af andre grundstoffer end helium for at se, hvordan de ellers kunne opføre sig.
Hvis hvirvelstrålen faktisk opfører sig anderledes, kan den være en ideel kandidat til en ny type mikroskop, der kan studere uudforskede detaljer på subatomært niveau.
Læs også:
- Forskere genskabte en mulig heliumbyge på Jupiter i laboratoriet
- Fysikere gjorde ved et uheld en ny opdagelse om sorte huller