Страница 158 из 161
Системы криптографии, такие, как только что описанная, или основанные на экспериментах другого вида, были экспериментально продемонстрированы и выглядят весьма обещающими.
Захват атомов
Р’ 1997 Рі. Нобелевская премия РїРѕ физике была присуждена Стивену Чу (Рі. СЂ. 1948) РёР· Стэнфордского университета (РЎРЁРђ), Клоду Коен-Тануджи (Рі. СЂ. 1933) РёР· Коллеж РґРµ Франс Рё Рколь Нормаль Супериор (Франция) Рё Вильяму Филлипсу РёР· Национального Р�нститута Стандартов Рё Технологии (РЎРЁРђ) Р·Р° разработку методов охлаждения Рё захват РІ ловушки атомов СЃ помощью лазеров. Р’ захвате атомов РІ ловушку Рё РёС… охлаждение СЃ помощью лазеров участвуют РґРІР° разных процесса, которые, однако, связаны. Поскольку ловушки для нейтральных атомов обычно обладают малой глубиной, нужно охладить атомы РґРѕ температуры ниже 1 Рљ, Р° СѓР¶ потом думать, как РёС… захватить РІ ловушку. Охлаждение атомного газа СЃ помощью лазеров было предложено РІ 1975 Рі. Теодором Хэншем Рё Артуром Шавловым РёР· Стенфордского университета (РЎРЁРђ). Р’ тот же РіРѕРґ Дэвид Вайнланд Рё Ганс Демелт РёР· университета штата Вашингтон (Сиетл, РЎРЁРђ) предложили аналогичную схему охлаждения РёРѕРЅРѕРІ. Р—Р° работу СЃ ионами Демелт (Рі. СЂ. 1922) Рё Вольфанг Поль (19131993) РёР· Боннского университета (ФРГ) разделили Нобелевскую премию РїРѕ физике Р·Р° 1989 Рі. (Р·Р° разработку методики ловушек РёРѕРЅРѕРІ) СЃ Рќ. Рамси.
Принцип охлаждения с помощью лазера основан на передаче импульса фотона атому. Атом при поглощении фотона получает толчок в направлении, в котором летел фотон. При последующем излучении фотона, атом испытывает отдачу. Если испускание спонтанно, тогда направления испускания фотонов хаотичны. Серия поглощений и последующих излучений передает импульс атому в направление лазерного пучка, в то время как отдача усредняется до нуля. В результате атом, который двигается навстречу лазерному пучку, замедляется, подобно велосипедисту, катящемуся против ветра.
В 1960-х гг. Филлипс со своими сотрудниками использовал этот принцип для замедления пучка атомов натрия, а в 1985 г. они захватили охлажденный таким способом пучок с помощью магнитного поля.
В 1985 г. Чу со своими сотрудниками добился успеха в охлаждении атомного газа, используя шесть лазерных пучков, сформированных в пары с противоположными направлениями и при ортогональном расположении этих пар. В такой конфигурации каждый атом двигался в произвольном направлении, замедляя скорость своего движения.
Тремя годами позднее Коен-Тануджи открыл способ охлаждать атомы до температур, невозможными с помощью этих простых методов, используя процессы квантовой интерференции в лазерных пучках, распространяющихся навстречу друг другу. В 1995 г. он сумел охладить газ из атомов гелия до фантастически низкой температуры, только на 4 миллионных долей градуса выше абсолютного нуля.
Методики охлаждения Рё захвата нейтральных атомов позволили продемонстрировать конденсацию БозеРйнштейна Рё открыли возможность создания часов СЃ невообразимой точностью С…РѕРґР°, сверхпрецизионные методы измерения гравитации Рё РґСЂ.
Конденсация Бозе-Рйнштейна
Несомненно, РѕРґРЅРёРј РёР· наиболее впечатляемых результатов современной физики было полученное РІ 1995 Рі. экспериментальное доказательство конденсации БозеРйнштейна. Р’ 1924 Рі. Рйнштейн предсказал существование РѕСЃРѕР±РѕРіРѕ состояния материи, РІ котором РІСЃРµ атомы СЃ определенными свойствами, С‚.РЅ. Р±РѕР·РѕРЅС‹ (СЃРѕ спинами, кратными h), РјРѕРіСѓС‚ оставаться СЃ совершенно одинаковыми квантовыми свойствами. Р’ 1995 Рі. Р’ 1995 Рі. РСЂРёРє Корнел (Рі. СЂ. 1962) РёР· Национального Р�нститута стандартов Рё технологий Рё Карл Виман (Рі. СЂ. 1951) РёР· университета Колорадо сумели охладить СЃ помощью лазерного пучка атомы СЂСѓР±РёРґРёСЏ Рё захватить РёС… РІ магнитную ловушку. Затем было произведено дополнительное охлаждение СЃ помощью метода, называемого испарительным охлаждением, действующим так же, как охлаждается чашка чая, С‚.Рµ. позволяя улетучиваться более горячим атомам.
РљРѕРіРґР° достигается очень низкая температура, атомы РІ РЅРѕРІРѕРј состоянии начинают двигаться вместе СЃ РѕРґРЅРѕР№ Рё той же скоростью Рё РІ РѕРґРЅРѕРј Рё том же направлении, вместо того, чтобы двигаться произвольно, как это имеет место для обычного газа. Атомы теряют СЃРІРѕСЋ индивидуальность Рё теперь становятся одиночной коллективной единицей. Р�С… организованная конфигурация РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє необычным свойствам. Конденсация БозеРйнштейна получалась РІ облаке атомов СЂСѓР±РёРґРёСЏ-87, которые охлаждались РґРѕ ~ 170 РЅРљ. Самый полный образец содержал около 2000 атомов, которые РІ течение более, чем 15 сек находились РІ одиночном квантовом состоянии. Вольфганг Кеттерль (Рі. СЂ. 1957) Рё его РіСЂСѓРїРїР° РёР· MIT (РЎРЁРђ) сумели получить конденсат натрия-23, содержащий РІ сто раз больше атомов. Корнел, Кеттерль Рё Виман получили РІ 2001 Рі. Нобелевскую премию РїРѕ физике Р·Р° достижение конденсации Бозе-Рйнштейна РІ разряженных газах Рё Р·Р° пионерские, фундаментальные изучения свойств этого конденсата. РЎ помощью конденсата Бозе-Рйнштейна возможно изучить некоторые аспекты квантовой механики Рё, может быть, лучше понять явление сверхпроводимости (свойство некоторых материалов совершенно терять электрическое сопротивление). Происхождение Вселенной, также связывают РІ некоторых теориях СЃ конденсацией Бозе-Рйнштейна.