Физики создали атомный лазер, который может работать вечно
Лазеры производят единые волны света: весь свет внутри лазера движется полностью синхронно. Между тем квантовая механика говорит нам, что не только частицы света, но и другой материи могут быть волнами. Это значит, что можно создать «атомные лазеры». Научная публикация вышла в Nature, об открытии сообщает Phys.org.
Концепция, лежащая в основе атомного лазера, — так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ). Элементарные частицы в природе встречаются двух типов: фермионы и бозоны. Что делает бозоны такими особенными, так это то, что все они могут находиться в одном и том же состоянии в одно и то же время, или, выражаясь более техническими терминами, они могут «конденсироваться» в единую волну, где все частицы взамосвязаны между собой, ведут себя, будто одна частица.
В быту мы совсем не знакомы с этими конденсатами. Причина: очень трудно заставить атомы вести себя как один. Виновником, нарушающим синхронность, является температура: когда вещество нагревается, составляющие его частицы начинают колебаться, и заставить их вести себя как одно целое становится практически невозможно. Только при экстремально низких температурах, примерно на миллионную долю градуса выше абсолютного нуля (около -273 градусов по шкале Цельсия), есть шанс сформировать волны когерентного вещества КБЭ.
Четверть века назад в физических лабораториях были созданы первые конденсаты Бозе-Эйнштейна. Это открыло возможность создания атомных лазеров, но эти устройства могли функционировать только в течение очень короткого времени. КБЭ очень хрупкие и быстро разрушаются при попадании на них света.
Группе физиков из Амстердамского университета удалось решить сложную задачу создания непрерывного конденсата Бозе-Эйнштейна.
Флориан Шрек, руководитель группы, объясняет, в чем заключалась хитрость: «В предыдущих экспериментах постепенное охлаждение атомов выполнялось сразу в одном месте. В нашей установке мы решили распределить этапы охлаждения не во времени, а в пространстве: мы заставляем атомы двигаться, пока они проходят последовательные этапы охлаждения. В конце эксперимента ультрахолодные атомы попадают в центр установки, где их можно использовать для формирования постоянных волн материи, пока эти атомы используются, новые атомы уже находятся на пути. Мы можем поддерживать этот процесс — по сути, вечно».
Решив давнюю проблему создания непрерывного конденсата Бозе-Эйнштейна, исследователи теперь поставили перед собой следующую цель: использовать лазер для создания стабильного выходного луча материи. Пока ведь новый лазер может существовать только лишь внутри установки. Как только лазеры смогут не только работать вечно, но и производить стабильные лучи, лазеры из материи смогут начать играть не менее важную роль в технологии, чем обычные лазеры сейчас.
Так как конденсат Бозе-Эйнштейна был получен относительно недавно, сферы его применения еще точно не определены. Однако, по мнению ученых, лазер из материи может быть полезен во многих областях, начиная от медицинского оборудования и заканчивая квантовыми компьютерами. В частности, например, для улучшения солнечной энергетики. Такие лазеры также могут найти применение в нанотехнологиях и помочь создавать полупроводники для компьютеров будущего.
