История лазера. Научное издание

Бертолотти Марио

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.

Методики охлаждения Рё захвата нейтральных атомов позволили продемонстрировать конденсацию БозеРйнштейна Рё открыли возможность создания часов СЃ невообразимой точностью С…РѕРґР°, сверхпрецизионные методы измерения гравитации

Рё РґСЂ.

Конденсация Бозе-Рйнштейна

Несомненно, РѕРґРЅРёРј РёР· наиболее впечатляемых результатов современной физики было полученное РІ 1995 Рі. экспериментальное доказательство конденсации БозеРйнштейна. Р’ 1924 Рі. Рйнштейн предсказал существование РѕСЃРѕР±РѕРіРѕ состояния материи, РІ котором РІСЃРµ атомы СЃ определенными свойствами, С‚.РЅ. Р±РѕР·РѕРЅС‹ (СЃРѕ спинами, кратными h), РјРѕРіСѓС‚ оставаться СЃ совершенно одинаковыми квантовыми свойствами. Р’ 1995 Рі. Р’ 1995 Рі. РСЂРёРє Корнел (Рі. СЂ. 1962) РёР· Национального Рнститута стандартов Рё технологий Рё Карл Виман (Рі. СЂ. 1951) РёР· университета Колорадо сумели охладить СЃ помощью лазерного пучка атомы СЂСѓР±РёРґРёСЏ Рё захватить РёС… РІ магнитную ловушку. Затем было произведено дополнительное охлаждение СЃ помощью метода, называемого испарительным охлаждением, действующим так же, как охлаждается чашка чая, С‚.Рµ. позволяя улетучиваться более горячим атомам.

РљРѕРіРґР° достигается очень низкая температура, атомы РІ РЅРѕРІРѕРј состоянии начинают двигаться вместе СЃ РѕРґРЅРѕР№ Рё той же скоростью Рё РІ РѕРґРЅРѕРј Рё том же направлении, вместо того, чтобы двигаться произвольно, как это имеет место для обычного газа. Атомы теряют СЃРІРѕСЋ индивидуальность Рё теперь становятся одиночной коллективной единицей. РС… организованная конфигурация РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє необычным свойствам. Конденсация БозеРйнштейна получалась РІ облаке атомов СЂСѓР±РёРґРёСЏ-87, которые охлаждались РґРѕ ~ 170 РЅРљ. Самый полный образец содержал около 2000 атомов, которые РІ течение более, чем 15 сек находились РІ одиночном квантовом состоянии. Вольфганг Кеттерль (Рі. СЂ. 1957) Рё его РіСЂСѓРїРїР° РёР· MIT (РЎРЁРђ) сумели получить конденсат натрия-23, содержащий РІ сто раз больше атомов. Корнел, Кеттерль Рё Виман получили РІ 2001 Рі. Нобелевскую премию РїРѕ физике Р·Р° достижение конденсации Бозе-Рйнштейна РІ разряженных газах Рё Р·Р° пионерские, фундаментальные изучения свойств этого конденсата. РЎ помощью конденсата Бозе-Рйнштейна возможно изучить некоторые аспекты квантовой механики Рё, может быть, лучше понять явление сверхпроводимости (свойство некоторых материалов совершенно терять электрическое сопротивление). Происхождение Вселенной, также связывают РІ некоторых теориях СЃ конденсацией Бозе-Рйнштейна.

Поведение таких сконденсированных атомов РїРѕ сравнению СЃ обычными атомами, напоминает отличия лазерного свет РѕС‚ света обычной лампы. Р’ лазерном свете РІСЃРµ фотоны РІ фазе свойство, которое делает лазерные пучки мощными Рё способными быть сфокусированными РІ очень малое пятно. Подобным же образом, атомы РІ конденсате БозеРйнштейна РІСЃРµ находятся РІ фазе, Рё физики работают над тем, чтобы РѕРЅРё вели себя так, чтобы быть атомным лазером. Такой пучок атомов допускает манипуляции Рё измерения РІ удивительно малых масштабах. Р’ атомном лазере РІСЃРµ атомы РјРѕРіСѓС‚ двигаться как РѕРґРёРЅ. Такие атомные лазеры можно было Р±С‹ использовать для помещения атомов РЅР° подложку СЃ экстраординарной точностью, заменяя обычную фотолитографию. Можно было Р±С‹ построить Рё атомный интерферометр, который, поскольку длины волн атомов (волны РґРµ Бройля) РјРЅРѕРіРѕ меньше световых, РјРѕРі Р±С‹ производить измерения СЃ большей точностью РїРѕ сравнению СЃ лазерным интерферометром. Рто позволило Р±С‹ создать более точные атомные часы, получить Рё изучить нелинейные взаимодействия, подобные оптическим, Рё С‚.Рґ.

Мы могли бы представить много других применений и будущих перспектив лазеров, но надеемся, что и то, о чем говорилось, вполне достаточно, чтобы понять замечательные возможности лазерных устройств в современном обществе.

РЛЛЮСТРАЦРР

^{Место рождении Ньютона, Вулстроп и Англии}

^{Роганн РЇРєРѕР± Бальмер}

^{Джозеф Джон Томсон}

^{Вильгельм Вин}

^{Густав Роберт Кирхгоф}

^{Генрих Гери}

^{Александр Степанович Попов}

^{Участники первого Сольвеевского Конгресса в Брюсселе в 1911 г.}

^{Нильс Бор (слева) и Вольфганг Паули (справа) в Брюсселе во время Сольвеевского Конгресса}

^{Альберт Рйнштейн (справа) получает медаль РѕС‚ Макса Планка (слева) РІ 1929 Рі.}

^{Джеймс Франк (слева) и Густав Герц (справа)}

^{Питер Зееман (слева), Альберт Рйнштейн (РІ центре) Рё Пауль Рренфест РІ лаборатории Зеемана РІ Амстердаме}