Kada igrač zavrti lopticu za stoni tenis, ona može naglo da skrene sa očekivane putanje. Taj fenomen poznat je kao Magnusov efekat. Fizičari su sada prvi put eksperimentalno posmatrali njegov optički pandan, ali na razmeri jednog atoma. Otkrili su da snažno fokusiran laserski zrak najjače deluje na jon koji se ne nalazi tačno u njegovom centru.
Na prvi pogled, rezultat deluje nelogično. Središte laserskog zraka obično je i mesto najvećeg intenziteta, pa bi se očekivalo da tu bude najjača interakcija sa atomom. Međutim, kada se svetlost fokusira u veoma malu tačku, njeno elektromagnetno polje dobija složenu prostornu strukturu. Zbog toga se položaj najvećeg dejstva pomera malo u stranu.
Međunarodni tim u Institutu Pol Šerer u Švajcarskoj koristio je jedan jon kalcijuma kao izuzetno osetljivu sondu. Jon je elektromagnetnim poljima zadržan gotovo nepomično u takozvanoj jonskoj zamci. Naučnici su ga zatim pomerali kroz različite delove laserskog zraka i merili jačinu interakcije na svakom položaju.
Tako su registrovali bočni pomak od svega nekoliko stotina nanometara. To je znatno manje od debljine ljudske dlake, ali dovoljno veliko da bude važno u eksperimentima koji zahtevaju kontrolu na atomskoj skali. Rezultati direktnog posmatranja optičkog Magnusovog efekta objavljeni su u časopisu „Physical Review Letters“.
Efekat je ranije teorijski predvideo tim sa Univerziteta u Amsterdamu. Eksperiment nije samo potvrdio postojanje pomaka već je otkrio i da njegova veličina zavisi od talasne dužine svetlosti, a ne od toga koliko je zrak snažno fokusiran. To fizičarima daje jasnije pravilo za predviđanje ponašanja sistema.
Otkriće bi moglo imati praktičan značaj za kvantne računare. Zarobljeni joni često služe kao kubiti, a njihova kvantna stanja menjaju se preciznim laserskim impulsima. Ako se pretpostavi da je najjača interakcija u geometrijskom centru zraka, zanemareni bočni pomak može doprineti greškama. Što uređaji postaju precizniji, tako male pojave postaju sve važnije.
Isti efekat ne mora biti samo smetnja. Sile koje nastaju usled specifične strukture svetlosti mogle bi da pomognu u povezivanju kubita. Kontrolisana sprega između njih neophodna je za izvođenje složenih kvantnih operacija. Ono što se na početku pojavljuje kao neželjena „krivina“ možda bi moglo postati novi alat.
Zanimljivo je da eksperiment povezuje pojave iz svakodnevnog iskustva i kvantnog sveta. Kod lopte, rotacija menja pritisak vazduha oko površine i zakrivljuje putanju. Kod svetlosti i jona nema vazdušnog vrtloga niti klasične lopte, ali matematika bočnog pomeranja pokazuje srodnu strukturu. Naziv zato opisuje analogiju, a ne potpuno isti mehanizam.
Materijal o rezultatima objavio je Institut Pol Šerer, čiji su istraživači eksperiment izveli sa kolegama iz drugih ustanova. Njihov rad je podsetnik da svetlost, iako nam deluje kao pravolinijski i dobro poznat alat, u ekstremno fokusiranom obliku pokazuje osobine koje nisu vidljive golim okom.
Praktična poruka istraživanja je jednostavna: na kvantnoj skali centar nije uvek mesto najjačeg dejstva. Za buduće procesore, atomske senzore i precizne optičke instrumente ta mala razlika mogla bi da odlučuje između pravilne operacije i greške.
S.B.
