Физики сблизили атомы до рекордно малого расстояния

Ранее физикам удавалось сблизить атомы только на расстояние 500 нм. Теперь ученые предложили новый подход — воздействовать двумя лазерными лучами на охлажденные атомы диспрозия. Так физики смогли сократить расстояние между ними до 50 нм. Это открывает новые возможности для дальнейших исследований в области квантовой физики. Исследование опубликовано в журнале Science.Близость между атомами — ключевой фактор для многих квантовых явлений, включающих взаимодействие атомов между собой, отдачу энергии во внешнюю среду и колебания атомов. Взаимодействия между атомами сильнее, когда частицы расположены близко. Поэтому во многих квантовых симуляциях ученые размещают эти частицы как можно ближе друг к другу, чтобы исследовать различные состояния материи и создавать новые квантовые материалы. До настоящего времени ученым удавалось добиться минимального расстояния в 500 нм между атомами. Однако существующие методы ограничены в том, насколько близко они могут располагать частицы. Сейчас для сближения атомов используют систему лазерных лучей. Длина волны лазерного излучения ограничивает наименьшее расстояние, в пределах которого может быть сформирован свет. С имеющимися ныне методами обычно оно составляет около 500 нанометров.Научная группа провела эксперимент, нацеленный на максимально возможное сокращение расстояния между атомами. Они сперва охлаждали облако атомов диспрозия до температуры чуть выше абсолютного нуля, что позволяло остановить движение этих частиц. Затем физики использовали лазеры для перемещения атомов в нужные конфигурации. Ученые работали с двумя лазерными лучами, каждый из которых имел разную частоту и круговую поляризацию — направление электрического поля лазера.Когда два луча проходят через переохлажденное облако атомов, частицы могут ориентировать свое направление вращения (спин) в противоположные стороны, следуя импульсу, который задает любой из двух лазеров. В результате получаются две группы одинаковых атомов с противоположными спинами, которые будут стремиться к точке наибольшей интенсивности лазерного излучения. При этом лазеры можно наложить друг на друга и настроить так, чтобы расстояние между их соответствующими пиками составляло всего 50 нанометров. Это означает, что атомы, тяготеющие к пикам каждого соответствующего лазера, будут разделены теми же 50 нанометрами.«Мы перешли от позиционирования атомов с расстояния 500 нанометров к 50 нанометрам друг от друга, и с этим можно многое сделать. На 50 нанометрах поведение атомов настолько отличается, что мы действительно вступаем в новый режим работы. До сих пор атомы могли обмениваться теплом только тогда, когда они находились в одном физическом пространстве и могли сталкиваться. Теперь мы увидели атомные слои, разделенные вакуумом, и они обмениваются теплом посредством колебаний магнитных полей», — рассказал Вольфганг Кеттерле из Массачусетского технологического института.По словам исследователей, новый подход можно использовать для изучения квантовых явлений. Авторы работы планируют использовать этот метод для преобразования атомов в конфигурации, которые могли бы помочь создать квантовые компьютеры нового типа.Автор: Анна Гуль.