Знание-сила, 2002 № 05 (899) | страница 49

Умножить число – значит увеличить его во сколько-то раз. Соответственно, умножить атомы значит то же самое – увеличить их число во сколько-то раз. В недавнем эксперименте группы американских ученых число атомов в пучке, проходящем через установку, было увеличено примерно в тридцать раз. Нарушение закона сохранения вещества? Ни в коем случае. Все по закону. Вспомним, что поток света тоже можно «умножать», – именно это делается в лазере. А как работает «умножитель атомов»?

Совершенно аналогично. Подобно лазеру, в нем тоже есть «резервуар», поставляющий проходящему пучку – только не квантов, а атомов – дополнительные атомы для его «умножения». В данном случае этим «резервуаром», а также источником исходного атомного пучка, является магнитная ловушка, где находится облако атомов натрия в состоянии так называемого конденсата Бозе – Эйнштейна. Это особое состояние вещества было несколько лет назад впервые получено экспериментальным путем, с помощью сверхглубокого (почти до абсолютного нуля) охлаждения коллектива атомов. В состоянии «конденсата Б-Э» все атомы ведут себя как один «сверхатом», то есть находятся в одном и том же, самом нижнем энергетическом состоянии, и потому имеют одни и те же квантовые характеристики.

Оказалось, что такой конденсат обладает и другими необычными особенностями. Если сквозь него пропустить два лазерных луча со слегка разными энергиями и направлениями, то атомы, первоначально находившиеся в покое, поглощают фотон более высокоэнергетичного луча, а потом излучают фотон, соответствующий менее энергетичному лучу. Разница энергий идет на придание атому определенной скорости по направлению, совпадающему с равнодействующей направлений обоих пучков. Иными словами, под воздействием двух лазерных пучков все атомы конденсата приобретают одну и ту же – небольшую – энергию и начинают медленно двигаться, продолжая оставаться в одном и том же квантовом состоянии, или, как говорят, оставаясь «когерентными» (согласованными).

Атомный пучок готов. Исследователи выпускали его из магнитной ловушки небольшими порциями в другую магнитную ловушку с таким же натриевым конденсатом, атомы которого предварительно получали энергетическую «подкачку» точно так же, как специальные атомы в активной среде лазера. При прохождении пучка атомы второго конденсата вынужденно переходили из возбужденного состояния в промежуточное, излучая меньше энергии, чем поглотили, а за счет остатка энергии приобретали ту же скорость и в том же направлении, что атомы вошедшего пучка. Более того, они оказывались в том же квантовом состоянии, или, как говорят, приобретали ту же «фазу», то есть становились «когерентными» с ними. Присоединяясь к входящему пучку, они умножали его интенсивность (число атомов в нем), не меняя ни его когерентности, ни одного из других его исходных свойств.