Ученым-физикам удалось ускорить в сто раз процесс создания конденсата Бозе-Эйнштейна - «Наука и технологии»

На страницах нашего сайта мы достаточно часто рассказываем об экспериментах в области квантовой механики, в которых используется так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна. Этот конденсат состоит из облака охлажденных до сверхнизкой температуры атомов, за счет взаимодействий определенного рода квантовые состояния всех атомов синхронизируются друг с другом и все облако конденсата начинает вести себя как один большой атом, что позволяет ученым наблюдать за странными квантовыми эффектами. Однако, процесс создания конденсата Бозе-Эйнштейна традиционным способом протекает не очень быстро, что является существенной задержкой во время проведения сотен и тысяч опытов подряд. И недавно ученые из Массачусетского технологического института нашли способ обхода ограничений процесса лазерного охлаждения, что позволило ускорить процесс создания облака конденсата Бозе-Эйнштейна в 100 раз.

В новом методе для охлаждения и компрессии облака конденсата Бозе-Эйнштейна используется исключительно лазерный свет, что позволяет не только ускорить весь процесс, но и сохранить большее число исходных атомов, из которых формируется облако конденсата.

Новый метод состоит из трех этапов. На первом этапе используется традиционный метод лазерного охлаждения, который охлаждает и сжимает облако до тех пор, пока сами фотоны лазерного света не начинают его нагревать. На следующем, втором этапе процесса используется так называемый метод Рамановского охлаждения, в котором два луча лазерного света охлаждают атомы до еще более низкой температуры. Параметры лучей лазеров подбираются таким образом, что кинетическая энергия атомов превращается в их же магнитную энергию. В результате этого атомы замедляются и охлаждаются до более низкой температуры, а их суммарная энергия остается, при этом, на прежнем уровне.

И на третьем этапе свет еще одного лазера, нацеленного на уже достаточно холодное и сжатое облако газа, отбирает энергию от медленных атомов, охлаждая их еще глубже.

При получении конденсата Бозе-Эйнштейна традиционным способом из миллиона исходных атомов получается облако, в котором насчитывается порядка 10 тысяч атомов. Новый же способ позволяет сохранить в облаке 70 процентов от начального количества атомов. Используя этом метод, ученым удалось охладить атомы рубидия до температуры от 200 микрокельвинов до 1 микрокельвина всего за 0.1 секунды, что приблизительно в 100 раз быстрее традиционного способа. В получившемся облаке конденсата Бозе-Эйнштейна содержалось 1 400 атомов, при этом, количество исходных атомов было равно всего 2 тысячам.

Исследователи считают, что им удалось раскрыть только небольшую часть потенциала нового метода. В дальнейшем, за счет более тонкой настройки параметров лазерного света и других параметров можно будет добиться 1000-кратного ускорения процесса получения конденсата Бозе-Эйнштейна по сравнению с традиционным методом.