Wyposażenie placówki daje im szansę buszowania po tych rejonach nauki, którymi zajmują się najbardziej prestiżowe laboratoria na świecie. Nie wiecie, co to kondensat Bosego-Einsteina albo złapane w pułapkę jony? Przeczytajcie!
Fizyka atomowa i molekularna zajmuje się podstawowymi składnikami materii, z której zbudowany jest nasz świat. Bada zachowania atomów i jeszcze drobniejszych od nich drobin, których wielkość jest rzędu jednej dziesięciomilionowej części milimetra! Żeby je zobaczyć, trzeba użyć wyrafinowanych metod badawczych.
Od Nobla do kasy w supermarkecie
- Cały postęp elektroniki związany jest z tym, że wiemy, jak materia na tym poziomie działa. Dzięki badaniom mamy pewność, że odległe od nas galaktyki uciekają od siebie z prędkościami rzędu setek tysięcy kilometrów na sekundę! Można powiedzieć, że są to badania podstawowe dla rozumienia świata, choć często nie dają się prosto przełożyć na zastosowania. Z drugiej jednak strony np. skonstruowany w latach 60-tych laser znalazł powszechne zastosowanie - tłumaczy dyrektor toruńskiego laboratorium, prof. Stanisław Chwirot z UMK. Kiedy 40 lat temu twórcy pierwszego lasera odbierali Nagrodę Nobla, jeden z nich powiedział, że uzyskanie spójnej, równoległej wiązki światła prawdopodobnie nigdy nie będzie niczym więcej, niż tylko ciekawym zjawiskiem fizycznym. Bardzo się pomylił: dziś bez lasera nie działa kasa w supermarkecie i odtwarzacz płyt kompaktowych.
- Toruńskie laboratorium ma nam dać możliwość zajmowania się tym, co w danym momencie jest w naszej dziedzinie fizyki najciekawsze - mówi prof. Chwirot. Chodzi o skumulowanie w jednym miejscu aparatury, umożliwiającej prowadzenie badań na światowym poziomie. Kosztowała - na razie - 6 mln zł, pieniądze wyasygnował Komitet Badań Naukowych. Dotychczas czołówka polskich fizyków część swoich prac badawczych wykonywała za granicą.
Kondensat - hit w fizyce
W toruńskim laboratorium stanął laser za 1,5 mln zł, jeden z 70 najnowocześniejszych w świecie! Umożliwia niezwykle precyzyjne pomiary własności atomów. Drugi - kosztował ok. 1 mln zł - pozwala na wytwarzanie niezwykle krótkich impulsów światła. Świeci w czasie rzędu 1 femtosekundy (1 milionmilionowej - 10 do potęgi minus dwunastej - części sekundy!). To pozwala "podglądać" atomy, kiedy zdecydują się połączyć w cząsteczkę.
Jednym z pierwszych programów toruńskiego centrum badawczego będzie próba otrzymania kondensatu Bosego-Einsteina i badanie jego właściwości. To jeden z hitów fizyki atomowej! Za prace z tej dziedziny Carl Wieman i Eric Cornell dostali w 2001 roku Nobla. Kondensat jest zupełnie nowym, sztucznie uzyskanym w ziemskich warunkach stanem materii. Jego istnienie przewidzieli teoretycznie Albert Einstein (ten od e=mc2) i indyjski fizyk Bose. Rozwój fizyki atomowej i laserów dowiódł, że mieli rację. To przełom, bodaj najciekawsza rzecz, która wydarzyła w tej dziedzinie nauki od czasów stworzenia lasera - absolutnie nowa jakość. Dziesiątki najpoważniejszych laboratoriów na świecie prowadzą nad tym badania.
Chłodzenie... światłem
- Żeby otrzymać kondensat, musimy schłodzić atomy do temperatury bliskiej zera absolutnego (minus 273 stopnie Celsjusza). Chłodzimy je - co jest zadziwiające! - światłem. Atomy w fazie gazowej najpierw chłodzimy "z grubsza", co jest w tej chwili proste, do temperatury minus 200 C. Potem powodujemy, że w odpowiedni sposób absorbują światło, które w tych warunkach, przedstawiając rzecz w uproszczeniu, działa na nie jak wiatr. Dzięki temu "wiatrowi" poruszające się atomy tracą prędkość. W ten sposób możemy je spowalniać, spowalniać, spowalniać..., powodując przy tym coraz większe schłodzenie. W temperaturze rzędu jednej tysiącmilionowej Kelvina atomy przestaną poruszać się chaotycznie i stworzą jakby jeden wielki "superatom" - prof. Chwirot uśmiecha się tak, jakby opisywał baraszkujące niedźwiadki.
Do czego takie doświadczenia mogą się przydać? Żeby to przewidzieć, trzeba prowadzić dalsze badania nad właściwościami kondensatu B-E. Profesor spekuluje, że na przykład do skonstruowania lasera atomowego, albo komputera kwantowego, wielokrotnie szybszego od konwencjonalnego!
Splątane fotony i jony w pułapce
Drugim z realizowanych od zaraz w Toruniu programów będzie badanie tzw. "splątanych stanów" fotonów (cząsteczek światła). Ta zaobserwowana nie tak dawno właściwość fotonów może mieć poważne konsekwencje, np. dla kodowania kwantowego. Zdaniem prof. Chwirota, może otwierać szanse dla rozwoju komercyjnej sfery zastosowań internetu. - Te badania mogą potencjalnie doprowadzić do stworzenia takiego systemu kodowania np. kart płatniczych, który będzie praktycznie nie do złamania. Albo do łatwego sprawdzania, czy ktoś nas nie podsłuchiwał, a to otwiera ścieżkę do naprawdę bezpiecznej komunikacji - twierdzi naukowiec.
Trzecia grupa naukowców, którym powierzono "rozruch" laboratorium, będzie badać "stany małych zespołów jonów w pułapkach". Jon to atom "odarty" z jednego lub kilku elektronów, dzięki czemu posiada ładunek elektryczny. "Pułapka Paula" to specjalnie spreparowane pole elektryczne. Jony są w pułapce zamknięte jak w pudełku. - Te badania też mogą mieć "przełożenie" na rozwój technologii zapisywania informacji i komputery kwantowe - twierdzi szef toruńskiego centrum.
