Зеркальный атом: «Меньше не было смысла»
В принципе, зеркало из одиночного атома никудышное: он отражает менее встречающихся с ним 1% фотонов. Главная же проблема заключается в том, чтобы их зафиксировать. Чтобы добиться этого, австрийские ученые из группы известного экспериментатора Райнера Блатта (Rainer Blatt) усовершенствовали один из видов интерферометра — резонатор Фабри — Перо.
Принципиально такое устройство представляет собой просто пару параллельных полупрозрачных зеркал, обращенных отражающими поверхностями друг к другу. Лазерный луч определенной длины волны, подсвечивающий одно из них с обратной стороны, частично проникает внутрь резонатора. Здесь он начинает отражаться между зеркалами, двигаясь туда и обратно (хотя, конечно, определенная часть излучения «утекает» наружу). Несколько грубо можно сказать, что излучение между зеркалами со временем «накапливается», и с каждым разом количество покидающего ее излучения также растет. Такие резонаторы лежат в основе устройств некоторых лазеров.
Если расстояние между зеркалами равно целому числу длин волны излучения, выходящие лучи будут интерферировать, взаимно усиливая друг друга; если нет — ослабляя. Иначе говоря, количество излучения, «отданного» резонатором резко зависит от расстояния между зеркалами. Такой эффект позволяет точно измерить это расстояние (что и требуется от интерферометра).
Достижение Блатта с коллегами состоит в том, что в качестве второго из зеркал им впервые удалось использовать отдельный атом, точнее — ион бария. Конечно, чтобы фокусировать поток излучения на нем, между атомом и первым зеркалом пришлось поставить 1,5-сантиметровую линзу, а чтобы удерживать атом в нужном положении (в данном случае 14 мм от зеркала) — его «уловили» в электромагнитную ловушку и охлаждали лучами вспомогательных лазеров, так чтобы из-за тепловых колебаний он смещался не более чем на 20 нм от центра ловушки. Длина волны основного лазера, насыщавшего резонатор, была подобрана так, чтобы она возбуждала атом и переводила его от низкоэнергетического состояния в высокоэнергетическому (иначе он просто бы не взаимодействовал с атомом).
В сравнении с обычными резонаторами Фабри — Перо система работала не идеально: при изменении расстояния между зеркалом и атомом интенсивность излучения менялась всего на 6%, тогда как для современных интерферометров эта величина приближается чуть ли не к 100%. Но главное, все это работает. И в будущем, по мере того как система будет совершенствоваться, оно может послужить составной частью оптоэлектроники нового поколения — куда более быстрой, компактной и эффективной, чем все существующие устройства.
Читайте также: «Гибкий глаз».
По публикации ScienceNOW