Fysiker har skapat världens första atomära virvelstråle - en virvlande virvel av atomer och molekyler med mystiska egenskaper som ännu inte har förståtts.
Genom att skicka en rak stråle av heliumatomer genom ett gitter av små slitsar kunde forskare använda kvantmekanikens konstiga regler för att förvandla strålen till en snurrande virvel. Denna rotation av strålen, som kallas orbital vinkelmomentum, ger den en ny rörelseriktning, vilket gör att den kan agera på sätt som forskare ännu inte har förutspått. Till exempel tror forskare att spinnande atomer kan lägga till en stråle av ytterligare dimensioner till magnetismen, bland andra oförutsägbara effekter, på grund av att elektronerna och kärnorna inuti de spiralformade virvelatomerna snurrar med olika hastigheter.
Forskarna skapade strålen genom att rikta heliumatomer genom ett rutnät av små slitsar, var och en mäter bara 600 nanometer i diameter. I kvantmekanikens rike – den uppsättning regler som styr världen av mycket små kvantiteter – kan atomer bete sig som partiklar och som små vågor, så en stråle av vågliknande heliumatomer böjde sig genom ett gitter, böjde sig så mycket att den bildades en virvel som rullade genom rymden som en korkskruv.
Virvelatomerna träffade sedan en detektor, som visade flera strålar – diffrakterade i olika grader och med olika rörelsemängd – i form av små munkliknande ringar. Forskarna märkte också ännu mindre och ljusare ringar inkilade inuti de tre centrala virvlarna. Dessa är tecken på heliumexcimerer – molekyler som bildas när en energiskt exciterad heliumatom fastnar vid en annan heliumatom.
Det orbitala vinkelmomentet som ges till atomerna inuti spiralknippet ändrar också de kvantmekaniska urvalsreglerna som bestämmer hur de vridna atomerna kommer att interagera med andra partiklar. Därefter kommer forskarna att bryta dessa heliumstrålar till fotoner, elektroner och atomer av andra element än helium för att se hur de annars kan bete sig.
Om virvelstrålen verkligen beter sig annorlunda kan den vara en idealisk kandidat för en ny typ av mikroskop som kan studera outforskade detaljer på subatomär nivå.
Läs också:
- Forskare återskapade en möjlig heliumdusch på Jupiter i laboratoriet
- Fysiker gjorde av misstag en ny upptäckt om svarta hål