Новый шаг в исследовании ультрахолодных газов
Исследователи из Imperial College (Лондон, Великобритания) предложили новый метод захвата ультрахолодных атомов из газов, в том числе при комнатной температуре.
С точки зрения статистического подхода, температура – это показатель кинетической энергии молекул вещества, т.е., грубо говоря, скорости движения отдельных молекул (атомов), из которых состоит вещество. Но что будет с этим веществом, если охладить его до температур, близких к абсолютному нулю (0 градусов по шкале Кельвина)? Ответить на этот вопрос в рамках классической физики уже невозможно, т.к. придется столкнуться с квантовыми свойствами молекул, атомов и физического вакуума.
Одно из интересных явлений, которые можно наблюдать вблизи абсолютного нуля, - так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна (ультрахолодный газ), в котором большая часть частиц находится в минимально возможных квантовых состояниях. Особенность этого агрегатного состояния вещества в том, что благодаря минимуму энергии, квантовые свойства начинают проявляться в макро-масштабах.
Впервые на практике предсказанный еще в начале XX века конденсат был получен только в 1995 году. Учитывая фундаментальное значение исследований в этой области, за практическую реализацию в 2001 году была вручена Нобелевская премия.
Конденсат Бозе-Эйнштейна и отдельные ультрахолодные атомы – это один из ключей к дальнейшим открытиям в области квантовой физики. Чаще всего для его получения используется охлажденный нескольких миллионных или даже миллиардных долей градуса по шкале Кельвина газ рубидия. А для исследования полученной субстанции применяются так называемые атомные чипы - микроскопические устройства, предназначенные для захвата отдельных ультрахолодных атомов.
Несмотря на большой прогресс, которого удалось добиться на этом поприще в последние несколько лет, до сих пор не существовало метода фиксации отдельных атомов газа на атомном чипе. Существовавшая методика подразумевала «охлаждение» и захват отдельных атомов где-то на большом удалении от подложки и потом их сложное перемещение в нужную точку (которое является результатом целой последовательности действий).
Обычно для захвата атомов использовались магнитооптические ловушки. Исследователи из Imperial College (Лондон, Великобритания) предложили способ размещения миниатюрной магнитооптической ловушки прямо на атомном чипе. Все, что требуется, это нанести на подложку наногравировку пирамидальной формы; также необходимо магнитное поле, которое можно легко обеспечить простыми проводными структурами на чипе, и лазер, захватывающий отдельные атомы из газа комнатной температуры. К слову, методика позволяет «захватывать» холодные атомы прямо из газа рубидия при комнатной температуре.
Технология изготовления «подложки» подразумевает одинаковые сложности как при формировании одной пирамиды, так и для создания целого массива; таким образом, с новой методикой упрощается исследование нескольких объектов одновременно.
Исследователи видят возможное применение своей методики в системах квантовой обработки информации.
