История лазера. Научное издание

Р’ 1997 Рі. Нобелевская премия РїРѕ физике была присуждена Стивену Чу (Рі. СЂ. 1948) РёР· Стэнфордского университета (РЎРЁРђ), Клоду Коен-Тануджи (Рі. СЂ. 1933) РёР· Коллеж РґРµ Франс Рё Рколь Нормаль Супериор (Франция) Рё Вильяму Филлипсу РёР· Национального Рнститута Стандартов Рё Технологии (РЎРЁРђ) Р·Р° разработку методов охлаждения Рё захват РІ ловушки атомов СЃ помощью лазеров. Р’ захвате атомов РІ ловушку Рё РёС… охлаждение СЃ помощью лазеров участвуют РґРІР° разных процесса, которые, однако, связаны. Поскольку ловушки для нейтральных атомов обычно обладают малой глубиной, нужно охладить атомы РґРѕ температуры ниже 1 Рљ, Р° СѓР¶ потом думать, как РёС… захватить РІ ловушку. Охлаждение атомного газа СЃ помощью лазеров было предложено РІ 1975 Рі. Теодором Хэншем Рё Артуром Шавловым РёР· Стенфордского университета (РЎРЁРђ). Р’ тот же РіРѕРґ Дэвид Вайнланд Рё Ганс Демелт РёР· университета штата Вашингтон (Сиетл, РЎРЁРђ) предложили аналогичную схему охлаждения РёРѕРЅРѕРІ. Р—Р° работу СЃ ионами Демелт (Рі. СЂ. 1922) Рё Вольфанг Поль (19131993) РёР· Боннского университета (ФРГ) разделили Нобелевскую премию РїРѕ физике Р·Р° 1989 Рі. (Р·Р° разработку методики ловушек РёРѕРЅРѕРІ) СЃ Рќ. Рамси.

Принцип охлаждения с помощью лазера основан на передаче импульса фотона атому. Атом при поглощении фотона получает толчок в направлении, в котором летел фотон. При последующем излучении фотона, атом испытывает отдачу. Если испускание спонтанно, тогда направления испускания фотонов хаотичны. Серия поглощений и последующих излучений передает импульс атому в направление лазерного пучка, в то время как отдача усредняется до нуля. В результате атом, который двигается навстречу лазерному пучку, замедляется, подобно велосипедисту, катящемуся против ветра.

В 1960-х гг. Филлипс со своими сотрудниками использовал этот принцип для замедления пучка атомов натрия, а в 1985 г. они захватили охлажденный таким способом пучок с помощью магнитного поля.

В 1985 г. Чу со своими сотрудниками добился успеха в охлаждении атомного газа, используя шесть лазерных пучков, сформированных в пары с противоположными направлениями и при ортогональном расположении этих пар. В такой конфигурации каждый атом двигался в произвольном направлении, замедляя скорость своего движения.

Тремя годами позднее Коен-Тануджи открыл способ охлаждать атомы до температур, невозможными с помощью этих простых методов, используя процессы квантовой интерференции в лазерных пучках, распространяющихся навстречу друг другу. В 1995 г. он сумел охладить газ из атомов гелия до фантастически низкой температуры, только на 4 миллионных долей градуса выше абсолютного нуля.