Новости науки 17.12.01. Накопительное колечко.

Со словами "накопительное кольцо" ассоциируются мощные ускорители, пучки частиц с энергиями в десятки и сотни ГэВ. Но, оказывается, существуют и маленькие "накопительные колечки", где кинетическая энергия частиц - десятки и сотни ... нэВ.

Рис.1. a - схематическое изображение накопительного кольца; b - сечение структуры в области перекрытия (Overlap Area); c - изображение потенциала магнитной ловушки, созданной двумя токонесущими проводами.

Получение охлажденных до предельно низких температур (mK и даже нК) газов и достижение Бозе-конденсации атомов (см. нашу заметку о Нобелевской премии по физике за 2001 г.) открыло перед физиками новые горизонты. Отзвуки происходящего дошли даже до далекой от науки общественности - в ультрахолодных парах натрия удалось уменьшенить групповую скорость света более чем в десять миллионов раз и даже "остановить" свет. Создание атомных лазеров (см. ссылки в заметке о Нобелевской премии), атомная интерферометрия, атомная голография ... - вот некоторые из недавно возникших или получивших "второе дыхание" областей, которые требуют активного развития различных техник манипулирования с охлажденными атомами.

Кольцевая геометрия атомного интерферометра обладает рядом существенных преимуществ, и над реализацией таких устройств работает в настоящее время несколько исследовательских групп. Недавно ученые из технологического института в Атланте создали накопительное кольцо для нейтральных атомов [1]. "Колечко" (рис. 1) самое что ни на есть простое - металлическое, с диаметром 2 см; точнее, оно представляет собой два медных провода с диаметром 0.28 мм, расстояние между центрами которых составляет 0.84 мм. По проводам пропускается ток (до 8 А), возникающее при этом магнитное поле создает магнитную ловушку для атомов ⁸⁷Rb (рис. 1c). Сложность задачи, конечно, не в изготовлении кольца, а в том, что необходимо атомы в кольцо "загнать" и заставить по кольцу "бегать". Происходит это следующим образом. В магнито-оптической ловушке находятся пары рубидия, охлажденные до температуры в несколько mK, непосредственно в области ловушки помещены провода (расходящиеся провода на рис. 1a), на которые в определенный момент подается ток; порядка 15 % содержащихся в ловушке атомов удается "захватить" в такой проволочный "атомный волновод". Двигаясь между направляющими проводами и вниз (под действием силы тяжести), атомы попадают в область перекрытия с накопительным кольцом, после чего ток в направляющих проводах снижается до нуля, а ток в проводах накопительного кольца одновременно увеличивается; при этом атомы"опускаются" в накоительное кольцо (рис. 1b). В описываемых экспериментах атомы двигались по кольцу (рис. 2) со скоростью около 1 м/c и совершали в кольце до семи полных оборотов. Исследователям удалось осуществить многократную "загрузку" кольца, когда атомы из ловушки добавлялись к уже находящимся в кольце атомам. Ученые также были в состоянии манипулировать распределением атомов по скорости, убирая часть атомов из кольца и увеличивая тем самым отношение v/Dv до 125 (в два с половиной раза больше первоначального).

Рис.2. Атомное облако в накопительном кольце.

Уже при данной конструкции накопительного кольца атомный интерферометр должен обладать в 200 раз большей чувствительностью, чем наиболее совершенный из существующих атомных гироскопов. Но исследователи утверждают, что несложная модификация позволит увеличить "рабочее время" до 20 секунд и повысить чувствительность еще примерно в 100 раз. Также в кольцевой геометрии возможна генерация моноэнергетичных коллимированных пучков атомов, т.е. реализация атомных лазеров.

1. J.A.Sauer, M.D.Barrett, and M.S.Chapman. Phys.Rev.Lett. v.87, 270401 (2001).

перейти к началу страницы