Квант. Путеводитель для запутавшихся

В отличие от обычного света, излучаемого фонариком, который представляет собой путаницу электромагнитных волн множества различных длин, распространяющихся во всех направлениях, свет лазера очень упорядочен. Все волны имеют одинаковую длину, соответствующую характерной частоте испускающих их атомов. Свету лазера также свойственна высокая интенсивность из-за процесса амплификации. Кроме того, он не рассеивается после испускания, благодаря чему им можно светить на очень длинные расстояния.

Благодаря своей способности фокусировать энергетические фотоны с такой выдающейся точностью, лазеры также нашли широкое применение в компьютерной промышленности. Они используются в процессе, называемом фотолитографией, чтобы вытравливать бороздки интегральных микросхем на кремниевых чипах.

Лазерная фиброоптика скоро станет обычным способом передачи информации по миру – именно в ней и заключается будущее Интернета. Мы почти достигли того момента, когда наше интерактивное телевидение и компьютеры сольются воедино. Сейчас уже можно скачивать фильмы из Интернета и смотреть их на компьютере. Оптоволоконные кабели, передающие лазерный свет, скоро смогут менее чем за секунду переносить миллиарды бит информации, что эквивалентно объему всех произведений Уильяма Шекспира![65]

Возможно, примечательнее всего здесь то, что лазеры сегодня можно использовать для контроля отдельных атомов различными способами, открывающими совершенно новую сферу квантовой технологии, которая будет описана в последней главе.

Магниты размером с дом

Хотя я неплохо справляюсь с работой по дому, мои лабораторные навыки вечно подвергаются незлобным насмешкам со стороны коллег-экспериментаторов – они не упускают случая подшутить над нами, теоретиками. Хотя я и правда сумел избежать любой экспериментальной работы, до недавнего времени я не понимал, насколько я отстал от технологий, используемых для получения экспериментальных результатов, которые я затем пытаюсь осмыслить. Однако суть истории, которую я собираюсь рассказать, не в этом – в ней описывается еще один способ применения квантовой физики, о котором вы, возможно, уже слышали.

В 1999 году я шесть недель провел в Циклотронной лаборатории Университета штата Мичиган, где работал над интерпретацией данных их последних экспериментов с «экзотическими» ядрами[66]. Национальная сверхпроводящая циклотронная лаборатория Университета штата Мичиган считается одной из ведущих мировых исследовательских лабораторий в сфере ядерной физики, где создаются и изучаются редкие и экзотические виды ядер. Наличие циклотрона означает, что сильное магнитное поле ускоряет ядра до высоких энергий, после чего они намеренно разбиваются о ядерную мишень, чтобы проверить, что произойдет. В циклотронах используются мощные электромагниты, которые заставляют заряженные частицы, или ионы, двигаться внутри них, перемещаясь по спирали наружу и набирая скорость в процессе.

Я знал все это до своей поездки в Университет штата Мичиган и, конечно же, более или менее представлял, что происходит с заряженными ионами, когда они покидают циклотрон и входят в систему анализа пучка по пути к цели. На самом деле для целей моего исследования мне вполне достаточно было поверхностных знаний обо всем остальном. Мне не нужно было ни знакомиться с сырыми данными, ни понимать хитроумные техники их получения (а этих техник, поверьте, немало) – я работал лишь с итоговыми, полностью обработанными данными[67].

Ускорительная установка находится в большом здании в центре кампуса, и по бокам от нее расположены офисные пространства. Во время своего пребывания в университете я входил в здание через одну из множества дверей и проходил в офис, где занимался разработкой математических моделей изучаемых ядерных реакций, писал компьютерный код или просто обсуждал физические проблемы с другими теоретиками. Конечно, в дополнение к этому я регулярно выходил за кофе, разговаривал в коридоре с коллегами-экспериментаторами и посещал семинары.