Читаем Юный техник, 2001 № 12 полностью

Юный техник, 2001 № 12

Сначала бозе-конденсат удерживается магнитной ловушкой (а). У всех атомов при этом электронные спины направлены параллельно магнитному полю (условное направление «вверх»). Затем короткий импульс высокочастотного излучения «наклоняет» спины атомов (Ь). Согласно принципам квантовой механики, «наклоненный» спин является суперпозицией (смесью) состояний «спин-вверх» и «спин-вниз». Атомы со спином «вниз» тут же выталкиваются магнитным полем. Атомная «капля» «жидкого света» выводится из магнитной ловушки (с) и затем расширяется, устремляясь к цели (d).

Преимущества атомного лазера

Первыми достигли желаемого результата американцы. Немец Кеттерле был разочарован, узнав, что Корнелл и Вейман его опередили. Однако решил продолжать собственные эксперименты. На то были, впрочем, особые причины. Во-первых, он шел своим путем. Во-вторых, в своих опытах он использовал атомы натрия, а не рубидия. И спустя три месяца он тоже добился желаемого результата. Причем ему одним махом удалось получить в 100 раз больше конденсата, чем конкурентам.

Кроме того, Кеттерле пошел дальше. На основе конденсата Бозе — Эйнштейна он решил построить атомный лазер. И создал его в 1996 году.

В отличие от света, испускаемого обычной лампочкой, лазер, как известно, испускает когерентное излучение. То есть все испускаемые им фотоны имеют одну и ту же энергию, длину и фазу волны. Если вместо света использовать синхронизированные атомы — как раз такие, что составляют конденсат Бозе — Эйнштейна, — можно говорить об атомном лазере, обладающем большей эффективностью, нежели обычный.

Между оптическим и атомным лазерами есть как аналогии, так и различия. Аналогом активной среды оптического лазера в атомном выступает бозе-конденсат из ультрахолодных атомов. В обоих случаях внешняя энергия приводит в конце концов к тому, что из активной среды вырывается когерентное излучение.

Но происходит это не в результате спонтанного излучения атомов активной среды, как в оптическом лазере, а вследствие более сложного взаимодействия атомов, которое приводит к образованию своеобразных капель «жидкого света». Они обладают чуть меньшей скоростью, нежели фотоны, зато намного большей энергией.

Использовать вместо луча света пучок атомов предлагалось еще четверть века тому назад, когда в Америке началась разработка программы «Звездные войны». Такая замена резко бы увеличила мощность луча, что было необходимо для оружия, подготавливаемого для войн в космосе. Но интересен он не только мощностью.

Часть физиков утверждает, что с их помощью можно будет вести изготовление микросхем с такими возможностями, о которых мы сегодня и мечтать не смеем. Ведь новый инструмент позволяет распоряжаться атомами поштучно, выстраивая из них, словно из кирпичей, какие угодно ансамбли.

А совсем недавно в Институте квантовой оптики имени М. Планка был создан микрочип величиной в почтовую марку. Он заключен в резервуар и содержит миниатюрную оптическую ловушку, которая позволяет получать конденсат Бозе — Эйнштейна. Говорят, такой микрочип может стать основой компьютеров шестого поколения с невиданными ранее возможностями по быстродействию.

Наблюдение когерентности бозе-конденсата.

В магнитной ловушке создается «атомный снежок» сигароподобной формы (а). С помощью лазерного луча конденсат разрезается на две части (Ь). Затем магнитное силовое поле отключается, и обе половинки падают вниз, постепенно «наезжая» друг на друга. В области перекрытия возникает четкая интерференционная картина (с), которая наблюдается на экране с помощью оптического лазера (d).

_{Публикацию по иностранным источникам}

_{подготовил С.НИКОЛАЕВ}