ENGINEERINGNET.BE - Wanneer een voetbal met effect wordt getrapt, buigt hij door de lucht. Dit fenomeen staat bij natuurkundigen bekend als het Magnus-effect.
Bij een atoom dat interactie heeft met een sterk gefocusseerde laserstraal ontstaat een vergelijkbaar effect: het atoom gedraagt zich als de bal, en het laserlicht vervangt de lucht waarmee de bal interactie heeft. De sterkste interactie tussen het atoom en de laser vindt iets van het middelpunt van de laser plaats.
Dit optische analogon van het Magnus-effect is al enkele jaren geleden voorspeld door UvA-wetenschapper Robert Spreeuw, maar was nog niet experimenteel waargenomen.
Dit effect is relevant voor experimenten in de atoomfysica, waar sterk gefocusseerde laserstralen, of optische pincetten, worden gebruikt om atomen nauwkeurig aan te sturen voor quantumcomputing.
Het optische Magnus-effect zou een oorzaak kunnen zijn van qubit-decoherentie: het verlies van informatie die is opgeslagen in quantumbits als gevolg van hun interactie met de omgeving.
Tegelijkertijd zou het benutten van dit effect de deur openen naar nieuwe manieren om qubits te manipuleren.
Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam werkten daarom met ETH Zürich aan een experiment om het optische Magnus-effect voor het eerst te meten en te karakteriseren.
Hiervoor gebruikten ze een calciumion, een enkel atoom waarvan een deel van de negatief geladen elektronen is verwijderd, als een heel gevoelige sonde voor het lichtveld in een optische pincet.
Door de eigenschappen van het ion en het licht aan te passen, detecteerde het team verschuivingen in het atoom-licht-interactieprofiel van enkele honderden nanometers, ofwel duizenden keren groter dan de calcium-“voetbal” zelf.
Eerder theoretisch werk van het Amsterdamse team toonde aan hoe dit fundamentele effect ontstaat door de sterke focussering van een laserstraal.
Met de nieuwe experimentele resultaten sluiten theorie en experiment op elkaar aan, voor een goed begrip van het optische Magnus-effect.
Dit legt de natuurkundige basis voor toekomstig werk met optische pincetten voor quantumpoorten die in quantumcomputers zijn te gebruiken.
