Fysiker demonstrerar den första lasern gjord av ett gasmoln

Sedan 1960-talet har astronomer sett många källor av intensivt optiskt ljus och mikrovågsljus vid specifika frekvenser. Dessa källor förbryllade först astronomerna men det blev snart klart att ljuset genererades av naturligt förekommande lasrar (eller masrar för mikrovågor).

Det visar sig att under vissa omständigheter kan själva atmosfären hos stjärnor och planeter lasera och generera ljus på samma sätt som de lasrar vi använder inuti CD-spelare och laserpekare.

Dessa naturligt förekommande lasrar har förbryllat astronomer i många år eftersom de verkar förekomma i utspädda gaser som består av slumpmässiga atomer. Idag säger Robin Kaiser och kompisar vid Institut Non Linéaire de Nice i södra Frankrike att de har skapat lasrar som fungerar i samma för första gången på jorden.

Fysiker gör konventionella lasrar med hjälp av atomer som avger ljus vid en specifik frekvens. Tanken är att excitera dessa atomer genom att tillföra energi. I detta tillstånd frigör atomerna sedan denna energi i form av koherent ljus när fotoner passerar i närheten – så kallad stimulerad emission.

Genom att studsa ljus fram och tillbaka förbi atomerna kan fysiker utlösa denna frisättning och förstärka ljuset. Därav namnet: ljusförstärkning genom den stimulerade strålningsemissionen och dess förkortning, laser.

Mediet som innehåller dessa atomer är viktigt. I konventionella lasrar är atomerna vanligtvis inneslutna i en kristall. Det är användbart eftersom fysiker enkelt kan placera en spegel i varje ände av kristallen för att få ljuset att studsa fram och tillbaka i den. Andra lasrar förlitar sig på gaser inneslutna i en optisk kavitet med speglar i varje ände.

Men gasen i en stjärn- eller planetatmosfär är uppenbarligen inte begränsad i ett hålrum, så en viktig fråga är hur ljus kan begränsas på ett sätt som utlöser stimulerad emission.

På senare år har fysiker hittat ett svar i form av slumpmässiga lasrar. Dessa består av något slags oordnat medium, såsom halvledarpulver. Ljuset som stimulerar emission är inte begränsat av speglar utan av pulvrets oordnade tillstånd – ljuset studsar helt enkelt runt inuti det på måfå.

Naturliga rymdlasrar fungerar på samma sätt, förutom att det slumpmässiga mediet är gasen i en stjärn- eller planetatmosfär. Men medan fysiker har fått slumpmässiga lasrar att fungera med pulver eller flytande färgämnen, har ingen lyckats göra en med hjälp av en gas.

Fram till nu, alltså. Vi rapporterar den experimentella observationen av slumpmässig lasring i en kontrollerad, kall atomånga, säger Kaiser och co.

De här killarna har byggt sin laser av ett litet moln av rubidiumatomer inneslutna i en magneto-optisk fälla. De exciterar atomerna och zappar dem sedan med en laser inställd nära den förväntade emissionsfrekvensen för rubidium. Detta studsar runt på måfå inuti molnet och utlöser den stimulerade ljusemissionen.

Visst, lagets mätningar av ljuset som emitteras från molnet visar att det verkligen är laserande.

Det är intressant eftersom förmågan att reproducera lasringsmekanismen på jorden kommer att tillåta fysiker att studera de processer som leder till naturlig rymdbaserad lasring för första gången.

Det kan också ha andra applikationer. Möjligheten att göra högar av pulver eller moln av kalla atomer producera laserljus kan leda till nya källor för artificiellt ljus.

Så naturligt förekommande rymdlasrar kan en dag vara inspirationen till en ny generation av ljus på jorden. Häftigt!

Ref: arxiv.org/abs/1301.0522 : En Cold-Atom Random Laser

Dölj