211service.com
Natuurkundigen demonstreren eerste laser gemaakt van een gaswolk
Sinds de jaren zestig hebben astronomen talloze bronnen van intens optisch en microgolflicht op specifieke frequenties ontdekt. Deze bronnen verbaasden astronomen eerst, maar het werd al snel duidelijk dat het licht werd gegenereerd door natuurlijk voorkomende lasers (of masers voor microgolven).
Het blijkt dat onder bepaalde omstandigheden de atmosferen van sterren en planeten kunnen laseren en licht genereren op dezelfde manier als de lasers die we in cd-spelers en laserpointers gebruiken.
Deze natuurlijk voorkomende lasers hebben astronomen jarenlang in verwarring gebracht omdat ze lijken voor te komen in verdunde gassen die uit willekeurige atomen bestaan. Vandaag zeggen Robin Kaiser en vrienden van het Institut Non Linéaire de Nice in Zuid-Frankrijk dat ze lasers hebben gemaakt die voor het eerst op aarde hetzelfde werken.
Natuurkundigen maken conventionele lasers met behulp van atomen die licht uitstralen met een specifieke frequentie. Het idee is om deze atomen te prikkelen door energie toe te voegen. In deze toestand geven de atomen deze energie vervolgens vrij in de vorm van coherent licht wanneer fotonen dichtbij passeren - de zogenaamde gestimuleerde emissie.
Door licht heen en weer te kaatsen langs de atomen, kan de natuurkundige deze afgifte activeren en het licht versterken. Vandaar de naam: lichtversterking door de gestimuleerde emissie van straling en het acroniem laser.
Het medium dat deze atomen bevat is belangrijk. Bij conventionele lasers zijn de atomen meestal opgesloten in een kristal. Dat is handig omdat natuurkundigen gemakkelijk een spiegel aan elk uiteinde van het kristal kunnen plaatsen om het licht erin heen en weer te laten kaatsen. Andere lasers vertrouwen op gassen die zijn opgesloten in een optische holte met spiegels aan elk uiteinde.
Maar het gas in een stellaire of planetaire atmosfeer is duidelijk niet opgesloten in een holte, dus een belangrijke vraag is hoe licht kan worden opgesloten op een manier die gestimuleerde emissie veroorzaakt.
De afgelopen jaren hebben natuurkundigen een antwoord gevonden in de vorm van willekeurige lasers. Deze bestaan uit een soort ongeordend medium, zoals halfgeleiderpoeder. Het licht dat de emissie stimuleert, wordt niet beperkt door spiegels, maar door de wanordelijke toestand van het poeder - het licht kaatst er gewoon willekeurig in rond.
Natuurlijke ruimtelasers werken op dezelfde manier, behalve dat het willekeurige medium het gas in een stellaire of planetaire atmosfeer is. Maar terwijl natuurkundigen willekeurige lasers hebben laten werken met poeder of vloeibare kleurstoffen, is niemand erin geslaagd om er een te maken met behulp van een gas.
Tot nu toe, dat wel. We rapporteren de experimentele waarneming van willekeurige laserstraling in een gecontroleerde, koude atomaire damp, zeggen Kaiser en co.
Deze jongens hebben hun laser gebouwd uit een kleine wolk rubidium-atomen opgesloten in een magneto-optische val. Ze prikkelen de atomen en zappen ze vervolgens met een laser die is afgestemd op de verwachte emissiefrequentie van rubidium. Dit stuitert willekeurig rond in de wolk en veroorzaakt de gestimuleerde emissie van licht.
En ja hoor, de metingen van het team van het licht dat door de wolk wordt uitgestraald, laten zien dat het inderdaad een laser is.
Dat is interessant omdat het vermogen om het lasermechanisme op aarde te reproduceren natuurkundigen in staat zal stellen voor het eerst de processen te bestuderen die leiden tot natuurlijke ruimtegebaseerde lasering.
Het kan ook andere toepassingen hebben. Het vermogen om stapels poeder of wolken koude atomen te maken laserlicht te produceren, zou kunnen leiden tot nieuwe bronnen van kunstlicht.
Dus natuurlijk voorkomende ruimtelasers zouden ooit de inspiratie kunnen zijn voor een nieuwe generatie lichten op aarde. Koel!
Referentie: arxiv.org/abs/1301.0522 : Een willekeurige laser met koude atomen