Многие из самых точных измерительных устройств, к примеру, атомные часы, работают за счет перехода атомов определенных веществ из одного квантового состояния в другое. Наиболее высокая точность измерений получается за счет длительных времен наблюдения за сверхохлажденными атомами, получаемыми в специальных громоздких, сложных и дорогостоящих установках. Но теперь проблема получения сверхохлажденных атомов будет стоять менее остро благодаря совместной работе ученых из университетов Стратклайда и Глазго, Лондонского Имперского колледжа и Национальной физической лаборатории, которые создали портативную установку, позволяющую получать сверхохлажденные атомы для дальнейшего их использования в области квантовых вычислений, квантовых коммуникаций и измерительной технике.
«Чем дольше может наблюдаться переход атомов из одного квантового состояния в другое, тем более точные измерения различных физических величин могут быть проведены с их помощью» — рассказывает доктор Эйдан Арнольд (Dr Aidan Arnold), ученый из физического отдела университета Стратклайда, — «Сверхнизкотемпературное охлаждение обычно достигается за счет замедления теплового движения атомов с помощью допплеровского эффекта и лучей лазерного света. Нам удалось создать действительно малогабаритное охлаждающее устройство, работающее на вышеупомянутых принципах».
Разработанное учеными устройство представляет собой сложный полупроводниковый кристалл, на поверхности которого созданы элементы атомной ловушки и оптические элементы, которые позволяют расщепить лучи лазерного света для того, чтобы создать эффект дифракционного трения, за счет которого и осуществляется охлаждение атомов. Разработанное устройство намного более компактно, нежели другие подобные устройства, но, тем не менее, оно может захватывать, удерживать в ловушке и охлаждать атомы не менее эффективно, чем более крупные и сложные подобные устройства. А малые габариты нового охлаждающего устройства позволят без особых трудов применять его в составе портативных устройств, использующих в своей работе эффекты квантовой механики.
Главной особенностью разработанной технологии является не полупроводниковый кристалл, он был изготовлен с использованием достаточно обычных промышленных технологий изготовления полупроводников. Вся «изюминка» данного изобретения является в разработке нового принципа сверхнизкотемпературного охлаждения, основанного на дифракционном трении расщепленных лазерных лучей, которые, одновременно, служат для захвата и удержания атомов в ловушке.
Используя новое устройство охлаждения атомов можно будет создать портативные атомные часы, высокоточные магнитометры, акселерометры и массу других датчиков, которые могут использоваться для навигации на Земле и в космосе, в телекоммуникациях, в медицинском оборудовании и в множестве других областей, нуждающихся в высокоточных измерениях. «Миниатюризация источника сверхохлажденных атомов может произвести небывалую революцию в области метрологии и высокоточных измерений» — рассказывает Доктор Аластер Синклер (Dr Alastair Sinclair), ведущий ученый из Национальной физической лаборатории, — «Изготовление нового устройства является хорошим примером того, чего может добиться команда квалифицированных ученых-физиков и инженеров, разрабатывающих ультрасовременные технологии».
