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).
|