Группа исследователей из Амстердамского университета в Нидерландах смогла впервые создать непрерывный поток частиц в так называемом «атомном лазере» – луче, состоящем из атомов, движущихся как единая волна. Об этом сообщает портал SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.

Принцип действия атомного лазера не столь сложен. Если традиционный лазер на основе света состоит из фотонов, движущихся синхронно со своими волнами, то атомному лазеру требуется, чтобы пучки атомов преобразовались в иное агрегатное состояние вещества – так называемый Бозе-Эйнштейновский конденсат (БЭК).

БЭК образуется путем охлаждения облака бозонов до экстремально низких температур – лишь примерно на миллионную долю градуса выше абсолютного нуля (около минус 273 градусов Цельсия). При таких низких температурах элементарные частицы, составляющие атомы, погружаются в самое низкое возможное энергетическое состояние, в результате чего образуется облако атомов высокой плотности, которое ведет себя как один «суператом» или волна материи.

Первые конденсаты Бозе-Эйнштейна были созданы в физических лабораториях еще четверть века назад. Но созданные на этой основе атомные лазеры могли функционировать лишь очень короткое время. Они могли производить импульсы волн материи, но после отправки такого импульса необходимо было создать новый БЭК, чтобы стало возможным отправить следующий импульс.

Обычные оптические лазеры развивались по сходному пути. Они тоже выпускались лишь в импульсном варианте, прежде чем физики смогли создать лазеры непрерывного действия. Но в этом направлении разработка продвигалась очень быстро: первый лазер непрерывного действия был произведен в течение шести месяцев после его импульсного аналога. Для атомных лазеров этот шаг оставался труднодостижимым более 25 лет.

Проблема в том, что БЭК очень хрупки и быстро разрушаются даже при попадании на них лучей света. При этом наличие света имеет решающее значение для образования конденсата: охлаждение вещества до требуемых температур производится с помощью именно оптического лазерного излучения. В результате БЭК были ограничены мимолетными всплесками, без возможности последовательно их поддерживать.

Группе физиков из Амстердамского университета удалось решить сложную задачу создания непрерывного конденсата Бозе-Эйнштейна. Флориан Шрек, руководитель группы, так объясняет, в чем заключалась суть решения: «В предыдущих экспериментах постепенное охлаждение атомов производилось в одном месте. В нашей установке мы решили разнести этапы охлаждения не во времени, а в пространстве: мы заставляем атомы двигаться, пока они проходят последовательные этапы охлаждения. В конце концов, ультрахолодные атомы попадают в центр эксперимента, где их можно использовать для формирования когерентных волн материи в БЭК. Но пока эти атомы используются, новые атомы уже находятся на пути к пополнению БЭК. Таким образом, мы можем поддерживать такой процесс практически вечно».

Но хотя эта основная идея была относительно проста, ее реализация оказалась сложной. Чун-Чиа Чен, один из ведущих авторов исследования, отметил, что на этом пути были не только технические препятствия, но и бюрократические, и административные.

«Уже в 2012 году команда – тогда еще работавшая в Инсбруке – реализовала метод, который позволил защитить БЭК от лазерного охлаждающего света. Хотя это был важный первый шаг, было также ясно, что для дальнейшего решения потребуется новое специальное оборудование. Переехав в Амстердам в 2013 году, мы начали с пустой комнаты и команды, полностью финансируемой за счет личных грантов. Шесть лет спустя эксперимент подошел к грани завершения», – вспоминает Чен.

Далее возникла идея добавить дополнительный лазерный луч, чтобы решить последнюю техническую проблему, и вскоре каждый эксперимент, который осуществляла команда физаков, стал показывать БЭК – первый непрерывный БЭК.

Решив давнюю открытую проблему создания непрерывного конденсата Бозе-Эйнштейна, исследователи теперь поставили перед собой следующую цель: использовать лазер для создания стабильного выходного луча материи. Как только их лазеры смогут не только работать непрерывно, но и производить стабильные лучи, ничто больше не будет стоять на пути разработки последующих прикладных технологий, в которых лазеры на частицах материи могут начать играть не менее важную роль, чем обычные лазеры в настоящее время.

По словам исследователей, поскольку они использовали атомы стронция (популярный выбор для БЭК), даже ближняя перспектива открывает захватывающие возможности. Например, атомная интерферометрия с использованием БЭК стронция может быть использована для проведения исследований в области теории относительности и квантовой механики или для обнаружения гравитационных волн.

Вам может понравиться

Forbes: Новые данные Gaia показывают, что астероидов в 10 раз больше, чем считали учёные

Согласно первым анализам нового массива данных, полученного с космического телескопа «Гайя» (Gaia) Европейского космического агентства (ЕКА), обнаружилось в 10 раз большее число астероидов, чем ранее предполагали астрономы. Об этом сообщает

Исследователи в США открыли возможность 3D-печати «органической электроники»

Исследовательская группа в Университете Хьюстона (США) разработала технологию многофотонной литографии органических полупроводниковых устройств для 3D-печати гибких электронных схем, биосенсоров и биоэлектроники. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации

Учёные: саранча поможет определять раковые опухоли

В диагностике онкологических заболеваний в будущем могут произойти изменения. Выявлять раковые клетки будут с помощью технологии, которую разработают на основе работы мозга саранчи. Учёные из США выяснили, что насекомое способно
Погода в России: