Атомный лазер

Атомный лазер представляет собой когерентное состояние распространяющихся атомов. Они создаются из бозе-эйнштейновского конденсата атомов, которые соединяются на выходе с использованием различных методов. Подобно оптическому лазеру , атомный лазер представляет собой когерентный луч, ведущий себя как волна. Были некоторые аргументы в пользу того, что термин «атомный лазер» вводит в заблуждение. Действительно, «лазер» означает усиление света за счет вынужденного излучения , которое не имеет особого отношения к физическому объекту, называемому атомным лазером, и, возможно, более точно описывает конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК).Терминология, наиболее широко используемая сегодня в сообществе, заключается в различении БЭК, обычно получаемого путем испарения в консервативной ловушке, от самого атомного лазера, который представляет собой распространяющуюся атомную волну, полученную путем извлечения из ранее реализованного БЭК. В некоторых текущих экспериментальных исследованиях предпринимаются попытки получить атомный лазер напрямую из «горячего» пучка атомов без предварительного создания захваченного БЭК. ^[1]^[2]

Введение

Первый импульсный атомный лазер был продемонстрирован в Массачусетском технологическом институте профессором Вольфгангом Кеттерле и др. в ноябре 1996 года. ^[3] Кеттерле использовал изотоп натрия и колеблющееся магнитное поле в качестве метода выходного соединения, позволяя гравитации отрывать частичные куски, очень похожие на капающий кран (см. фильм во внешних ссылках).

С момента создания первого атомного лазера произошел всплеск воссоздания атомных лазеров, а также различных методов связи выходов и общих исследований. Текущая стадия развития атомного лазера аналогична стадии развития оптического лазера во время его открытия в 1960-х годах. В связи с этим оборудование и методы находятся на самых ранних стадиях разработки и все еще строго находятся в компетенции исследовательских лабораторий.

Самый яркий атомный лазер на данный момент был продемонстрирован в IESL-FORTH, Крит, Греция . ^[4]

Физика

Физика атомного лазера аналогична физике оптического лазера. Основные различия между оптическим лазером и атомным лазером заключаются в том, что атомы взаимодействуют сами с собой, не могут создаваться, как фотоны, и обладают массой, тогда как фотоны ее не имеют (поэтому атомы распространяются со скоростью ниже скорости света). ^[5] Ван -дер-Ваальсово взаимодействие атомов с поверхностями затрудняет изготовление атомных зеркал , типичных для обычных лазеров.

Псевдонепрерывно работающий атомный лазер был впервые продемонстрирован Теодором Хэншем , Иммануэлем Блохом и Тильманом Эсслингером в Институте квантовой оптики Макса Планка в Мюнхене. ^[6] Они производят хорошо контролируемый непрерывный луч длительностью до 100 мс, тогда как их предшественник производил только короткие импульсы атомов. Однако это не атомный лазер непрерывного действия, поскольку пополнение обедненного БЭК длится примерно в 100 раз дольше, чем продолжительность самого излучения (т.е. рабочий цикл составляет 1/100). Недавние разработки в этой области показали прогресс в направлении атомного лазера непрерывного действия, а именно создание непрерывного бозе-эйнштейновского конденсата. ^[7]

Приложения

Атомные лазеры имеют решающее значение для атомной голографии . Подобно обычной голографии , атомная голография использует дифракцию атомов. Длина волны де Бройля атомов намного меньше длины волны света, поэтому атомные лазеры могут создавать голографические изображения с гораздо более высоким разрешением. Атомную голографию можно использовать для проецирования сложных структур интегральных схем размером всего в несколько нанометров на полупроводники.Другое применение, в котором атомные лазеры также могут принести пользу, — это атомная интерферометрия . В атомном интерферометре атомный волновой пакет когерентно разделяется на два волновых пакета, которые следуют разными путями перед рекомбинацией. Атомные интерферометры, которые могут быть более чувствительными, чем оптические интерферометры, могут использоваться для проверки квантовой теории и обладают такой высокой точностью, что они могут даже быть в состоянии обнаружить изменения в пространстве-времени. ^[8] Это связано с тем, что длина волны де Бройля атомов намного меньше длины волны света, атомы имеют массу и потому что внутреннюю структуру атома также можно использовать.

См. также

Ссылки

^ Рейноуди, Гаэль; Лаэ, Тьерри; Куверт, Антуан; Ван, Чжаоин; Гери-Оделен, Давид (2006). «Испарение атомного пучка на поверхность материала». Физический обзор А. 73 (3): 035402. arXiv : cond-mat/0602069 . Бибкод : 2006PhRvA..73c5402R . дои : 10.1103/PhysRevA.73.035402 . S2CID 44192709 .
^ «Ударно-волновое нагружение магнитного проводника» . 21 октября 2011 г. hdl : 1874/211584 .
^ MIT (1997) «Физики MIT создают первый атомный лазер», http://web.mit.edu/newsoffice/1997/atom-0129.html, по состоянию на 31 июля 2006 г.
^ Болпаси, В.; Эфремидис, Северная Каролина; Моррисси, MJ; Кондилис, ПК; Саагун, Д.; Бейкер, М.; фон Клитцинг, В. (2014). «Сверхъяркий атомный лазер». Новый журнал физики . 16 (3): 033036. arXiv : 1307.8282 . Бибкод : 2014NJPh...16c3036B . дои : 10.1088/1367-2630/16/3/033036 . S2CID 55042731 .
^ Центр ультрахолодных атомов Массачусетского технологического института «Атомный лазер», http://cua.mit.edu/ketterle_group/Projects_1997/atomlaser_97/atomlaser_comm.html . Архивировано 1 сентября 2006 г. на Wayback Machine, доступ 31 июля 2006 г.
^ Блох, Иммануэль; Хэнш, Теодор; Эсслингер, Тилман (1999). «Атомный лазер с преобразователем постоянного тока». Письма о физических отзывах . 82 (15): 3008. arXiv : cond-mat/9812258 . Бибкод : 1999PhRvL..82.3008B . doi : 10.1103/PhysRevLett.82.3008 . S2CID 119408594 .
^ Чен, Чун-Чиа; Гонсалес Эскудеро, Родриго; Минарж, Иржи; Паскью, Бенджамин; Беннеттс, Шейн; Шрек, Флориан (июнь 2022 г.). «Непрерывная конденсация Бозе – Эйнштейна» . Природа . 606 (7915): 683–687. Бибкод : 2022Natur.606..683C . дои : 10.1038/s41586-022-04731-z . ПМЦ 9217748 . PMID 35676487 .
^ Стэнфорд (2003) Второй семинар Ориона «Сверхточная интерферометрия холодных атомов в космосе», «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 июня 2007 года . Проверено 30 сентября 2006 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

Внешние ссылки

[1] Рейноуди, Гаэль; Лаэ, Тьерри; Куверт, Антуан; Ван, Чжаоин; Гери-Оделен, Давид (2006). «Испарение атомного пучка на поверхность материала». Физический обзор А. 73 (3): 035402. arXiv : cond-mat/0602069 . Бибкод : 2006PhRvA..73c5402R . дои : 10.1103/PhysRevA.73.035402 . S2CID 44192709 .

[2] «Ударно-волновое нагружение магнитного проводника» . 21 октября 2011 г. hdl : 1874/211584 .

[3] MIT (1997) «Физики MIT создают первый атомный лазер», http://web.mit.edu/newsoffice/1997/atom-0129.html, по состоянию на 31 июля 2006 г.

[4] Болпаси, В.; Эфремидис, Северная Каролина; Моррисси, MJ; Кондилис, ПК; Саагун, Д.; Бейкер, М.; фон Клитцинг, В. (2014). «Сверхъяркий атомный лазер». Новый журнал физики . 16 (3): 033036. arXiv : 1307.8282 . Бибкод : 2014NJPh...16c3036B . дои : 10.1088/1367-2630/16/3/033036 . S2CID 55042731 .

[5] Центр ультрахолодных атомов Массачусетского технологического института «Атомный лазер», http://cua.mit.edu/ketterle_group/Projects_1997/atomlaser_97/atomlaser_comm.html . Архивировано 1 сентября 2006 г. на Wayback Machine, доступ 31 июля 2006 г.

[6] Блох, Иммануэль; Хэнш, Теодор; Эсслингер, Тилман (1999). «Атомный лазер с преобразователем постоянного тока». Письма о физических отзывах . 82 (15): 3008. arXiv : cond-mat/9812258 . Бибкод : 1999PhRvL..82.3008B . doi : 10.1103/PhysRevLett.82.3008 . S2CID 119408594 .

[7] Чен, Чун-Чиа; Гонсалес Эскудеро, Родриго; Минарж, Иржи; Паскью, Бенджамин; Беннеттс, Шейн; Шрек, Флориан (июнь 2022 г.). «Непрерывная конденсация Бозе – Эйнштейна» . Природа . 606 (7915): 683–687. Бибкод : 2022Natur.606..683C . дои : 10.1038/s41586-022-04731-z . ПМЦ 9217748 . PMID 35676487 .

[8] Стэнфорд (2003) Второй семинар Ориона «Сверхточная интерферометрия холодных атомов в космосе», «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 июня 2007 года . Проверено 30 сентября 2006 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]