Новозеландские ученые контролируемо создали молекулу из двух атомов

Соединить отдельные атомы с помощью магнитно-оптических ловушек смогли физики из университета Отаго (Новая Зеландия), 21 февраля сообщает интернет-портал Phys.org.

Ученые, под руководством доктора наук Марвина Вейланда, «захватили» три атома рубидия (85Rb) с помощью отдельных лазерных «пинцетов» и наблюдали их взаимодействие при сближении друг с другом. Таким образом, они смогли наблюдать этот процесс непосредственно в одном эксперименте, а не через статистическое усреднение экспериментов с участием большого числа атомов. Это является новым уровнем детализации, которого невозможно было достичь в экспериментах с множеством атомов.

Метод, использованный исследователями, заключался в индивидуальном лазерном охлаждении трех отдельных атомов в вакуумной камере до температуры около одной миллионной Кельвина. Затем эти три атома, находящиеся каждый в своей ловушке, медленно сближались, для того чтобы обеспечить контролируемое взаимодействие между ними. За процессом наблюдали через микроскоп, используя флуоресцентную визуализацию. В результате эксперимента новозеландские ученые смогли увидеть, как два атома объединились.

Доктор Вейланд уверен, что в дальнейшем с помощью этого метода можно будет создавать отдельные молекулы определенных химических веществ. Доцент Миккель Андерсен, принимавший участие в работе, считает, что результаты эксперимента положат начало разработке квантовых технологий будущего, которые изменят общество так же сильно, как те технологии, которые позволили создать современные компьютеры и интернет.

Ученые пока не смогли объяснить, почему процесс образования новой молекулы занял больше времени, чем ожидалось согласно теоретическим расчетам и данным других экспериментов.

Напомним, принцип действия магнито-оптической ловушки основан на комбинации лазерного охлаждения в конфигурации трех пар встречных лазерных пучков и линейного неоднородного магнитного поля. Лазеры, для того чтобы обеспечить «охлаждение» — фиксацию атомов в пространстве, должны располагаться по трем перпендикулярным пространственным осям. Для эксперимента подходит ограниченное число веществ, обычно используются атомы рубидия (например, 85Rb), позволяющие организовать длительный стабильный процесс оптических переходов поглощения и спонтанного излучения. Высокие требования предъявляются и к стабильности лазера.

Лазерное охлаждение заключается в «застывании» атомов от непрерывного поглощения-испускания лазерного излучения. Этот процесс можно сравнить с бросанием мячика. Принимая и кидая мячик, человек за счет инерции отдачи и броска постоянно отклоняется от равновесия. Если же этот процесс, условно говоря, сильно ускорить, то инерция отдачи будет компенсировать инерцию броска — отклоняться уже будет «некогда» и человек застынет на месте, непрерывно принимая и отбрасывая мячик.

Лазерное охлаждение атомов приводит к тому, что они буквально застывают, стягиваясь в одно место пространства со всего объема. В этом случае скопление атомов становится видно даже без увеличительной оптики. Атомов при этом должно быть довольно много, для того чтобы излучение было достаточной интенсивности для визуального наблюдения.

Если, как уверяют исследователи, они смогли видеть и контролируемо соединить два отдельных атома, то это большое достижение. Между тем использовать любые вещества, подходящие для лазерного охлаждения, пока, мягко говоря, очень проблематично. Для организации оптических переходов поглощения-излучения, позволяющих охладить любое вещество, потребуются «свои» лазеры, со «своими» длинами волн. Универсальных методов охлаждения, не зависящих от внутренней структуры вещества, пока не придумали. Можно ожидать, что не отрицают и авторы эксперимента, использовавшие только рубидий, лишь контролируемого создания молекул очень ограниченного числа веществ. Поэтому эксперимент пока лишь намекает на возможность создания квантовых технологий, до практического использования которых еще очень далеко.