Новости науки 10.05.01 Накопительное кольцо для нейтральных молекул
Накопительные кольца стандартный метод удержания ионов и
заряженных элементарных частиц. Оказывается, этот метод может быть
с успехом использован и при манипулировании нейтральными частицами,
в частности, молекулами.
Технология "отлова" и охлаждения нейтральных атомов оптическими
и магнито-оптическими методами стремительно развивалась на протяжение
последних нескольких лет, что привело к наблюдению целого ряда важных
физических явлений. Казалось бы, аналогичные методы должны работать
и для поимки и манипулирования нейтральными молекулами. Однако из-за
намного более сложной структуры энергетических уровней молекул управление
ими с помощью света оказалось значительно более трудной задачей.
Это заставило исследователей искать иные способы воздействия на
нейтральные частицы. Хранение и управление нейтральными частицами
в переменных электрических и магнитных полях явилось одной из таких
возможностей.
Идея эта, конечно же, не нова. В частности, технология удержания
и ускорения нейтронов магнитными полями насчитывает уже десятки
лет. Однако проблема удержания, ускорения и замедления нейтральных
дипольных молекул стала рассматриваться лишь недавно. Например,
лишь в течение последних лет появилось сообщение об экспериментально
достигнутом эффективном замедлении нейтральных молекул переменным
электрическим полем [H.L.Bethlem et al., Phys.Rev.Lett. 83,
1558 (1999)] с последующим захватом молекул электростатической
ловушкой [H.L.Bethlem et al., Nature 406, 491 (2000)].
В свежей работе этой же исследовательской группы [H.L.Bethlem
et al., Nature 411, 174 (2001)] сообщается о том, что импульсный
пучок нейтральных молекул инжектировался в накопительное кольцо
и удерживался там достаточно долгое время (по крайней мере, в течение
6 периодов оборота).
Схема эксперимента по удержанию молекулярного пучка в накопительном
кольце
Схема эксперимента показана на Рисунке. Молекулярный импульсный
пучок ND3 выходил из инжектора, проходил через штарковский
замедлитель и по касательной подавался в накопительное кольцо. Тороидальное
вакуумное накопительное кольцо содержало 6 кольцевых проводов со
специально подобранными напряжениями, так что электрическое поле
в пространстве между ними оказывало на нейтральные молекулы необходимую
центростремительную силу и заставляло их вращаться по круговым орбитам.
Поскольку силы, оказываемые электрическим полем на дипольные нейтральные
молекулы, довольно малы, достигнутые в эксперименте поля в 10 кВ/см
все же были недостаточны для удержания на орбите молекул со скоростями
порядка 275 м/с, получаемых непосредственно из инжектора. Надежное
удержание происходило для молекул со скоростями от 76 м/с до 110
м/с; именно для "гашения" скоростей молекул до этих значений и использовался
штарковский замедлитель.
Контроль за свойствами и эволюцией молекулярного пучка в накопительном
кольце осуществлялся с помощью лазерной ионизации небольшой доли
пучка и последующим детектированием ионов. Было обнаружено, что
разброс скоростей молекул в каждом сгустке составлял 4-5 м/с, что
отвечает температуре около 10 мК. Кроме того, при оптимальной скорости
пучка каждый сгусток "живет" в накопительном кольце по крайней мере
в течение 6 оборотов вокруг кольца.
В целом, работа демонстрирует все методики, необходимые для полноценного
удержания, манипулирования и мониторинга импульсных пучков нейтральных
дипольных молекул. Ожидается, что в рамках этой схемы окажется возможным
удерживать сразу несколько типов молекул одновременно, в том числе
и для вращающихся навстречу друг к другу пучков. Это позволит изучать
молекулярную спектроскопию с высоким разрешением, динамику столкновения
холодных молекулярных пучков, коллективные квантовые эффекты.
|