Боннские физики разработали своеобразный «диммер света», состоящий из одного атома. Он управляется с помощью лазерного луча. Не исключено, что подобные компоненты будут использоваться в квантовой связи в будущем, сообщают исследователи в журнале «Physical Review Letters».
Одной из главных достопримечательностей флагманского экспресс-поезда Германии ICE-3 является стеклянная стена между кабиной машиниста и салоном: обычно она прозрачная. Однако достаточно нажать кнопку, и она мгновенно превращается - абракадабра - в непрозрачное матовое стекло.
Квантовые физики из Боннского университета освоили аналогичный фокус. С одним отличием: они работают с отдельными атомами цезия, что делает их «прозрачными» или более или менее «непрозрачными» по мере необходимости.
Атом цезия в «световой клетке»
Для своего нового эксперимента исследователи под руководством профессора Дитера Мешеде использовали изогнутые зеркала с чрезвычайно высокой отражательной способностью. Они выровняли зеркальные поверхности так, чтобы они были обращены друг к другу. Луч света может отражаться между зеркалами сотни тысяч раз.
В эту «световую клетку» они теперь поместили единственный атом цезия. С помощью контрольного лазера, направленного сбоку, они специально изменили свойства этого атома. Например, им удалось добиться того, что она пропускала свет через клетку, ослабляла его или даже полностью блокировала - аналогично диммеру.
Боннские исследователи уже год назад смогли показать, что цезий можно использовать исключительно как выключатель. «Но теперь мы можем использовать наш управляющий лазер, чтобы изменять свойства атома именно так, как мы хотим», - говорит Тобиас Кампшульте из Боннского института прикладной физики.
Приятный эффект: цезий становится холоднее
Физиков особенно порадовал неожиданный эффект их экспериментальной установки: атомы цезия при комнатной температуре очень подвижны. Поэтому, чтобы иметь возможность целенаправленно манипулировать ими, исследователи охлаждают атомы до тех пор, пока они вообще не перестанут двигаться. Затем они захватывают их своеобразным пинцетом из света и удерживают в нужном месте. Но даже при охлаждении атомы все еще настолько беспокойны, что в среднем их можно удерживать чуть меньше секунды. Затем они убегают.
В оптической клетке, однако, цезий находится гораздо дольше под воздействием контрольного лазера - в среднем 16 секунд. Это оставляет физикам больше времени для экспериментов.
«Наша экспериментальная установка, по-видимому, продолжает охлаждать атомы цезия и, таким образом, удерживать их дольше», - объясняет Кампшульте. «Однако мы пока точно не знаем, почему это так».