Чтобы было ясно, они не говорят о сексуальном влечении к «горячему» человеческому телу.Но исследователи показали, что светящийся объект на самом деле притягивает атомы, вопреки тому, что большинство людей, в том числе физики, могли бы предположить.Крошечный эффект очень похож на эффект, который лазер оказывает на атом в устройстве, называемом оптическим пинцетом, который используется для улавливания и изучения атомов, открытие, которое привело к Нобелевской премии по физике 1997 года, которой поделился бывший профессор Калифорнийского университета в Беркли Стивен Чу, сейчас в Стэнфорде — Клод Коэн-Таннуджи и Уильям Д. Филлипс.
Еще три года назад, когда группа австрийских физиков предсказала это, никто не думал, что обычный свет или даже просто тепло, излучаемое теплым объектом — инфракрасное свечение, которое вы видите, глядя через очки ночного видения, — может повлиять на атомы точно так же.Физики Калифорнийского университета в Беркли, которые являются экспертами в измерении минутных сил с помощью атомной интерферометрии, разработали эксперимент, чтобы проверить это. Когда они измерили силу, оказываемую так называемым излучением черного тела от теплого вольфрамового цилиндра на атом цезия, предсказание подтвердилось.На самом деле притяжение в 20 раз превышает гравитационное притяжение между двумя объектами, но поскольку гравитация является самой слабой из всех сил, влияние на атомы цезия — или любой атом, молекулу или более крупный объект — обычно слишком мало, чтобы о нем беспокоиться.
«Трудно найти сценарий, в котором эта сила могла бы проявиться», — сказала соавтор Виктория Сюй, аспирантка физического факультета Калифорнийского университета в Беркли. «Непонятно, где это оказывает значительный эффект. Но пока».Однако по мере того, как измерения силы тяжести становятся более точными, необходимо принимать во внимание такие незначительные эффекты.
Следующее поколение экспериментов по обнаружению гравитационных волн из космоса может использовать лабораторные атомные интерферометры вместо километровых интерферометров, которые сейчас работают. Интерферометры обычно объединяют две световые волны для обнаружения крошечных изменений пройденного расстояния; атомные интерферометры объединяют две материальные волны, чтобы обнаружить крошечные изменения в гравитационном поле, которые они испытали.Для очень точной инерциальной навигации с использованием атомных интерферометров эту силу также необходимо учитывать.
«Это притяжение черного тела оказывает влияние везде, где точно измеряются силы, включая прецизионные измерения фундаментальных констант, проверки общей теории относительности, измерения силы тяжести и так далее», — сказал старший автор исследования Хольгер Мюллер, доцент физики. Сюй, Мюллер и их коллеги из Калифорнийского университета в Беркли опубликовали свое исследование в декабрьском номере журнала Nature Physics.Оптический пинцетОптический пинцет работает, потому что свет представляет собой суперпозицию магнитного и электрического полей — электромагнитную волну.
Электрическое поле в световом луче заставляет заряженные частицы двигаться. В атоме или небольшой сфере это может отделить положительные заряды, такие как ядро, от отрицательных, таких как электроны. Это создает диполь, позволяющий атому или сфере действовать как крошечный стержневой магнит.
Электрическое поле в световой волне может затем перемещать этот индуцированный электрический диполь, точно так же, как вы можете использовать стержневой магнит, чтобы толкать кусок железа.Используя более одного лазерного луча, ученые могут левитировать атом или бусину для проведения экспериментов.Команда Мюллера обнаружила, что при слабом некогерентном свете, таком как излучение черного тела от горячего объекта, эффект намного слабее, но все же сохраняется.
Они измерили эффект, поместив разбавленный газ из холодных атомов цезия, охлажденный до трех миллионных долей градуса выше абсолютного нуля (300 нанокельвинов), в вакуумную камеру и запустив их вверх быстрым импульсом лазерного света.Половина получает дополнительный толчок в сторону вольфрамового цилиндра длиной в дюйм, светящегося при 185 градусах Цельсия (365 градусов по Фаренгейту), в то время как другая половина остается невредимой.
Когда две группы атомов цезия падают и снова встречаются, их материальные волны интерферируют, что позволяет исследователям измерить фазовый сдвиг, вызванный взаимодействием вольфрам-цезий, и, таким образом, вычислить силу притяжения излучения черного тела.«Люди думают, что излучение абсолютно черного тела — это классическая концепция в физике, которая послужила катализатором квантовой революции 100 лет назад, но есть еще кое-что, что можно узнать об этом», — сказал Сюй.