html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Ридберговский атом уместил в себе 60 тысяч обычных


C. Brandes / Physics

Физики из Университета Штутгарта так сильно возбудили ридберговский атом в бозе-эйнштейновском конденсате атомов рубидия-87, охлажденном до температуры порядка одного микрокельвина, что его радиус превысил поперечные размеры конденсата. Таким образом, электрон служил своеобразной клеткой Фарадея и защищал бозе-конденсат от внешних электрических полей, а оставшийся внутри конденсата ион свободно взаимодействовал с конденсатом. При этом внутри ридберговского атома находилось около 60 тысяч нейтральных атомов. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Конденсат Бозе — Эйнштейна возникает, когда газ бозонов (частиц с целым спином) охлаждают до достаточно низкой температуры. В этом случае все частицы переходят в одно и то же квантовое состояние с наименьшей возможной энергией (физики называют такое состояние основным), а газ начинает вести себя как одно целое. Чем меньше температура, тем больше частиц «сваливается» в низшее энергетическое состояние, и тем больше становится объем сконденсированной фазы в газе. Теоретически существование бозе-эйнштейновских конденсатов было предсказано еще в 1925 году, однако экспериментально их научились получать только к концу прошлого века. Первыми в истории образование бозе-конденсата в газе увидели Эрик Корнелл и Карл Виман, охладившие до температуры менее 200 нанокельвинов около двух тысяч атомов рубидия-87. 

Для изучения свойств бозе-конденсатов физики часто исследуют, как они взаимодействуют с ионами, то есть заряженными частицами, помещенными в объем конденсата. К сожалению, когда исследователи вносят ионы в конденсат, они поляризуют среду и отталкивают атомы, потенциальная энергия отталкивания переходит в кинетическую, и, в конце концов, конденсат разогревается. Это несколько нарушает чистоту эксперимента и мешает исследовать свойства бозе-конденсатов. До последнего времени физикам не удавалось охладить конденсаты совместно с ионами до температуры ниже нескольких милликельвинов.

Группа ученых под руководством Катрин Кляйнбах (Kathrin Kleinbach) придумала принципиально новую схему эксперимента, с помощью которой можно исследовать взаимодействие ионов и бозе-конденсата при гораздо более низких температурах, а затем проверила ее работоспособность на практике. Для этого физики предложили сжать бозе-конденсат в радиальном направлении и так сильно возбудить один из атомов конденсата, чтобы электрон с его внешней оболочки перешел в состояние с главным квантовым числом n ~ 200. Такие сильно возбужденные атомы называют ридберговскими; качественно их можно рассматривать как водородоподобный атом, в центре которого находится положительно заряженный ион. Если правильно подобрать параметры эксперимента, расстояние между электроном и ионом будет превышать поперечные размеры конденсата, и взаимодействие иона с конденсатом будет происходить практически свободно.

Зависимость потенциала взаимодействия с ионом и внешним электроном ридберговского атома от расстояния (a). Схематическое изображение бозе-конденсата (зеленый), иона (крест) и электронной плотности (синий) для различных значений главного квантового числа n (b)

K. Kleinbach et al. / Phys. Rev. Lett.

Чтобы проверить эту схему, ученые охладили около 600 тысяч атомов рубидия-87 до температура порядка 250 нанокельвинов, управляя ими с помощью лазерного оптического пинцета (optical tweezer). Затем физики возбуждали один из атомов последовательностью из пяти лазерных импульсов, длившихся около 500 наносекунд и имевших длину волны 420 и 1020 нанометров. После каждого импульса электрон атома переходил на все более высокую электронную оболочку, а конденсат немного разогревался и терял частицы. В конце концов исследователи получили атом, электрон которого попал на оболочку с главным квантовым числом n = 190, то есть обращался на расстоянии около 3,7 микрометра от ядра. В то же время, число атомов в конденсате достигло 65 тысяч, его диаметр составил примерно 1,8 микрометра, а температура — примерно один микрокельвин. Таким образом, внутри ридберговского атома находилось около 60 тысяч нейтральных атомов.

Затем ученые направляли на образец «расстраивающее» излучение и измеряли энергетический спектр атома (ридберговская спектроскопия), чтобы подтвердить, что внутри конденсата действительно возникал ридберговский атом. Оказалось, что измеренное положение пиков спектра хорошо согласуется с данными теоретических расчетов, что подтверждает образование ридберговского атома. С другой стороны, ширина пиков связана с силой взаимодействия между ионом и нейтральными атомами бозе-конденсата, что позволяет экспериментально исследовать это взаимодействие.

Зависимость энергетического спектра ридберговского атома от главного квантового число n; серыми ромбами отмечены теоретически рассчитанные положения максимумов. Во вложении — экспериментальная зависимость ширины пика от числа n (синие точки) и сравнение с теоретическими расчетами (черная и красная линии)

K. Kleinbach et al. / Phys. Rev. Lett.


Авторы статьи отмечают, что полученная ими температура порядка одного микрокельвина все еще превышает предел (около 80 нанокельвинов), после которого при рассеянии атомов становится необходимым учитывать s-волны. Тем не менее, температура полученного физиками образца в тысячу раз ниже, чем лучшие результаты предыдущих экспериментов. Также ученые подчеркивают, что в предложенной их схеме внешние поля практически не влияют на ион, так как обращающийся вокруг конденсата электрон выступает в качестве эффективной клетки Фарадея. В то же время, во всех предыдущих экспериментах удержать ионы внутри конденсата было довольно сложно.

В феврале этого года физики из Австрии и США теоретически предсказали, а затем увидели на практике образование ридберговских поляронов — ридберговских атомов, окруженных облаком упругих деформаций — в бозе-эйнштейновском конденсате холодных атомов стронция-84. В августе 2016 года ученые из Швейцарского федерального технологического института создали гигантскую молекулу, которая состоит из атомов стронция, находящихся в ридберговских состояниях и удаленных друг от друга на расстояние около одного микрометра. А в июле 2017 года группа под руководством Михаила Лукина построила 51-кубитный квантовый компьютер, состоящий из атомов рубидия-87; «нулем» в такой системе служило основное состояние атома, а «единицей» — сильно возбужденное ридберговское состояние. По словам ученых, этот компьютер позволил достичь «квантового превосходства», то есть превзойти по вычислительной мощности «классический» суперкомпьютер.

Дмитрий Трунин

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • университет
          • эксперименты
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции