Ученые из Института спектроскопии РАН и НИУ ВШЭ смогли удержать атомы рубидия-87 в ловушке более чем на четыре секунды. Применение их метода удержания повысит точность квантовых сенсоров, для работы которых важны как количество, так и продолжительность удержания атомов. Такие квантовые системы используются для исследований темной материи, улучшения навигационных систем и поиска полезных ископаемых.
Квантовые сенсоры – это устройства, которые используют принципы квантовой механики для изучения материи. С их помощью стало возможным обнаруживать малейшие изменения в гравитационных и магнитных полях, а также с высокой точностью измерять ускорение и вращение Земли. Это направление современной прикладной физики способно изменить представление о точности измерений физических величин.
Атомы нельзя просто поместить в сенсор и забыть о них, они не останутся там и на минуту из-за теплового движения. Чтобы удерживать атомы в определенной области, ученые замедляют их, охлаждая различными способами в несколько этапов. Первый этап – охлаждение и захват атомов в магнитооптические ловушки (МОЛ). Такие ловушки создаются с помощью лазерных и магнитных полей. Для создания распределений магнитных полей в компактных устройствах потребуется атомный чип.
«Каждый этап охлаждения уменьшает количество атомов в рабочем объеме сенсора, что снижает точность прибора. Поэтому нам важно собрать как можно больше атомов на этапе подготовки первичного ансамбля, чтобы точность квантового сенсора оставалась высокой после всех стадий охлаждения», – объясняет ключевую проблему создания квантовых сенсоров на основе холодных атомов Дарья Быкова, преподаватель факультета физики, аспирантка НИУ ВШЭ.
Первоначальное охлаждение до температуры около сотни микрокельвинов значительно замедляет тепловое движение атомов, что позволяет удерживать их в выбранном пространстве. Снижение температуры достигается с помощью лазерного излучения: воздействие луча лазера заставляет атомы терять кинетическую энергию и двигаться медленнее. Вместе лазерное излучение и магнитное поле удерживают атомы на месте в течение длительного времени, что позволяет проводить эксперименты, то есть формируют ловушку, из которой атомам трудно выбраться.
На следующем этапе, уже без использования лазерного поля, атомы охлаждаются до температуры около сотни нанокельвинов, то есть еще в тысячу раз.
Источник: naked-science.ru
распечатать статью
