История лазера. Научное издание

Гордон, Цайгер Рё Таунс, после некоторой модификации РёС… идеи, решили наблюдать переход между нижней колебательной парой РІРѕ вращательном состоянии СЃ тремя числами углового момента около каждой РёР· осей, который обозначается 3-3 состояние. Ртому переходу соответствует частота 23 830 МГц.

Рдея Таунса заключалась РІ том, чтобы получить некоторым СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј пучок молекул, например нагревом, Р° затем отделить тех, которые РІ возбужденном состоянии, РѕС‚ тех, которые РЅР° нижнем состоянии. Рто можно было сделать, учитывая интересное свойство молекулы: РїСЂРё приложении электрического поля молекула деформируется Рё возникает малый дипольный момент для РѕР±РѕРёС… чисел вращательной пары, РЅРѕ противоположного знака. Если электрическое поле неоднородно, получается тот же эффект, который наблюдался Штерном Рё Герлахом, Рё РЅР° молекулу будет действовать сила СЃ противоположным направлением для каждого числа пары. Проект предусматривал использовать сильное электростатическое неоднородное поле, действующее РЅР° пучок молекул аммиака, Рё сфокусировать возбужденные молекулы этого пучка РІ малое отверстие полости резонатора, настроенного точно РЅР° 23 830 МГц.

В 1950-е гг. Вольфганг Поль (1913-1993) вместе с Хельмутом Фридбургом и Гансом Беневитцем спроектировали специальные электрические и магнитные линзы (квадрупольные) для фокусирования атомных и молекулярных пучков. Таунс думал об использовании таких линз для разделения молекул. Поля таких линз и были использованы в аммиачном мазере и в водородном мазере. Позднее Поль разработал трехмерную версию, способную удерживать ионы в малой области (ловушка Поля). С помощью этого устройства можно исследовать одиночные атомы, что было невозможно раньше. За это Поль был награжден в 1989 г. Нобелевской премией по физике вместе с Н. Рамси и Гансом Демельтом, которые также построили подобную ловушку, но другой конструкции.

Таунс надеялся отселектировать РІ пучке больше молекул, находящихся РІ верхнем состоянии, РѕС‚ молекул РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј состоянии. Ртим СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј РѕРЅ РјРѕРі Р±С‹ реализовать то, что РјС‹ называем инверсией населенности, Рё каждая молекула, переходя РІ нижнее состояние СЃ испусканием кванта, могла Р±С‹ заставить РґСЂСѓРіРёРµ молекулы делать то же самое. Р’ результате резонатор РјРѕРі Р±С‹ испускать излучение РЅР° частоте около 24 000 МГц. Таунс четко понимал необходимость резонатора, который связывает излучение СЃ возбужденной средой.