دانشمندان موفق به مطالعه اتمی منفرد شدند که ابر کوانتومی‌اش را می‌بلعد.

تیمی از فیزیکدانان تجربی و نظری از دانشگاه اشتوتگارت، اتمی به اندازه یک میکرومتر را مطالعه کردند که شامل هزاران اتم نرمال در مدار الکترونش است.

تعامل الکترون‌ها و ماده برای رخداد ویژگی‌های ماده از قبیل رسانایی الکتریکی بنیادی است.

الکترون‌ها از اتم‌های ماده احاطه‌کننده منتشر می‌شوند و می‌توانند نوسانات شبکه‌ای (فوتون‌ها) را تحریک کرده و بنابراین انرژی را به محیط منتقل کنند. در نتیجه، الکترون کند شده و این امر موجب مقاومت الکتریکی می‌شود. با این حال، در مواد خاصی فوتون‌ها می‌توانند به طور تعجب‌آوری موجب اثر مخالف به نام «ابررسانایی» شوند که در آن مقاومت الکتریکی به صفر افت می‌کند.

درک تعامل الکترون‌ها و ماده هدفی مهم برای پاسخ به پرسش‌های بنیادی و حل مسائل تکنیکی به شمار می‌آید و یک الکترون منفرد برای بررسی‌های نظام‌مند چنین فرایندهایی بهترین گزینه است.

برای نخستین بار، فیزیکدانان دانشگاه اشتوتگارت سیستم مدلی را در آزمایشگاه ابداع کرده‌اند که با آن می‌توان تعامل یک الکترون منفرد با بسیاری از اتم‌های موجود در درون مدارش را مطالعه کرد.

این اتم‌ها از یک ابر مافوق‌سرد نزدیک به صفر مطلق ناشی می‌شوند و «چگالش بوز-انشتین» نامیده می‌شود.

به جای استفاده از یک دام الکترون چالش‌برانگیز، دانشمندان از این حقیقت بهره بردند که در طبیعت الکترون‌ها به هسته‌ اتم دارای بار مثبت متصل می‌شوند.

در یک تصویر کلاسیک، آن‌ها در مدارهای حول هسته حرکت می‌کنند. این مدارها معمولا بسیار کوچک بوده و اندازه آن‌ها یک نانومتر است.

به منظور دستیابی به تعامل بین یک الکترون و تعداد بالایی از اتم‌ها، یک اتم با استفاده از نور لیزر از ابری حاوی ۱۰۰ هزار اتم تحریک می‌شود. مدار یک الکترون منفرد سپس به چندین میکرومتر بسط می‌یابد و یک اتم شکل می‌گیرد.

در مقیاس طول اتمی، این اتم بزرگ بوده و از بسیاری از باکتری‌هایی که شامل چندین میلیارد تا تریلیون‌ها اتم هستند، بزرگ‌تر است. اتم Rydberg حاوی ده‌ها هزار اتم از ابر سرد است.

بنابراین، موقعیتی به وجود می‌آید که در آن الکترون در یک حجم تعریف‌شده به دام می‌افتد و همزمان با تعداد زیادی از اتم‌ها تعامل برقرار می‌کند.

این تعامل به حدی قوی است که تمامی ابر اتمی حاوی ۱۰۰ هزار اتم به طور قابل‌توجهی تحت تاثیر الکترون منفرد قرار می‌گیرد.

بسته به وضعیت کوانتومی، الکترون فوتون‌ها را در ابر اتمی تحریک می‌کند که این امر می‌تواند توسط نوسانات جمعی ابر کلی اندازه‌گیری شود و به از دست رفتن (loss) اتم در دام بینجامد.

به دلیل تاثیر بر حوزه‌های مختلف شامل اپتیک کوانتومی، نتایج مطالعه جدید در مجله Nature منتشر شد.