Физики использовали вихри из света для управления атомами

Ученые из Университета Оттавы (Канада) совершили открытие, которое может перевернуть представления об управлении атомами. Используя специальные световые пучки — оптические вихревые лучи, — они научились с высокой точностью контролировать ионизацию. Это процесс, при котором атомы теряют электроны и становятся положительно заряженными. Открытие, опубликованное в журнале Nature Communications, обещает улучшить технологии, например, квантовые вычисления и ускорение частиц. 

В данном случае при ионизации атом теряет электрон и получает положительный заряд. Представьте, как молния возникает в небе: воздух ионизируется, и электричество проходит через него. Этот процесс лежит в основе многих явлений — от полярных сияний до работы плазменных экранов. Раньше ученые считали, что управлять ионизацией можно только с помощью силы или направления света. Но в новом исследовании впервые доказано, что ионизация зависит не только от силы света, но и от его структуры. Это открывает новые горизонты в физике. 

Оптические вихревые лучи — это необычный свет. Они закручиваются, как водоворот, и имеют «пустое» пятно в центре, где интенсивность света минимальна. В отличие от стандартных лазеров, которые светят прямо, вихревые лучи действуют точнее.

Ученые экспериментировали два года. Они выяснили, что эти лучи могут выбирать, какие атомы будут терять электроны. Это называется селективная ионизация — как точечный фонарик, который освещает только нужное место.

Обычно ионизация зависит от энергии света. Но вихревые лучи добавляют новый фактор — угловой момент. Это свойство света, связанное с его «закрученностью». Теперь ученые могут «направлять» или контролировать, как именно электрон покидает атом, используя свет, который «крутится» вокруг своей оси. 

Физики подчеркивают, что это открытие может изменить несколько областей науки и техники:

• квантовые вычисления — это компьютеры будущего, работающие на уровне атомов и точный контроль электронов поможет сделать их мощнее.
• ускорение частиц — которые нужны для исследований в физике, например, в ускорителях вроде CERN.
• сверхбыстрая визуализация — ученые смогут «снимать» движение электронов даже с невероятной скоростью.

Авторы считают, что этот прорыв показывает, как, изменяя свет, мы можем управлять материей на атомном уровне.

«Мы впервые доказали связь ионизации с угловым моментом света, что раньше считалось невозможным. Это новый шаг к технологиям, которые могут изменить нашу жизнь — от сверхмощных компьютеров до новых способов изучения Вселенной», — заключил профессор Рави Бхардваджа, руководитель исследования.