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독일 슈투트가르트 대학의 연구진은 초저온 원자의 빽빽한 구름을 통해 경로에서 단일 하전 입자를 관찰할 수 있는 새로운 방법을 개발함.

연구진은 실험을 위해 보스-아인슈타인 응축(Bose Einstein Condensate, BEC)을 사용함. 이 물질 상태는 초저온 원자의 조밀한 구름형태로 구성됨. 정교한 레이저를 통해 가스 내에 단일 Rydberg 원자를 생성함. 이 거대한 원자에서 전자는 기저 상태에서 보다 핵에서 천 배 더 떨어져 있으므로 핵에 매우 약하게 결합되어 있음.

연구진은 특별히 고안된 일련의 전기장 펄스를 사용하여 원자에서 전자를 빼앗음. 이전의 중성 원자는 전자를 분리하는 과정에도 불구하고 거의 정지 상태에 있는 양으로 하전된 이온으로 변함. 그 다음으로 정밀한 전기장을 사용하여 BEC의 빽빽한 원자 구름을 통해 제어된 방식으로 이온을 끌어 당김. 이온은 전기장에서 속도를 높이고 다른 원자와 충돌하며 속도를 늦추고 전기장에 의해 다시 가속됨. 충돌에 의한 가속과 감속 사이의 상호 작용은 BEC를 통해 이온의 지속적인 운동을 유도함.

이 새로운 접근 방식을 통해 보스-아인슈타인 응축수에서 처음으로 단일 이온의 이동성을 측정할 수 있음. 연구진의 향후 목표는 더 낮은 온도에서 단일 이온과 원자 사이의 충돌을 관찰하는 것임.

이러한 측정은 원자와 이온 사이의 상호 작용을 통해 발생할 수 있는 소위 플라론이라고 하는 준 입자를 조사하는 중요한 단계이기도 함.

본 연구 성과는 Physical Review Letters ("Transport of a single cold ion immersed in a Bose-Einstein condensate")에 게재됨.