Кафедра
Инженерных дисциплин
 
Краснодонский факультет инженерии и менеджмента
Восточноукраинского национального университета
имени Владимира Даля
Пн, 29.11.2021, 08:39
Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта

Форма входа

Категории раздела
Новости Факультета!!! [141]
Новости нашего региона [484]
Новости науки и техники [1133]
IT- новости [894]
Авто-новости [98]
Сообщения об интересных событиях [414]
Зарубежные новости [203]
Новости материаловедения [74]
Водород [28]
Сведения о влиянии водорода. Водородная энергетика.
Здоровье [126]
Новости образования [48]
Новости университета [43]
Новости Украины [70]
Разное [319]
Триботехника [1]
Компьютерные игры [43]
Программирование [9]
Подготовка к поступлению [162]

Поиск

Главная » 2010 » Декабрь » 10 » Немецкие физики впервые получили конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов
06:16
Немецкие физики впервые получили конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов

Немецкие физики впервые получили конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов

 

Получение конденсации Бозе-Эйнштейна в разреженных газах из атомов щелочных металлов удостоилось 9 лет назад Нобелевской премии. Теперь немецким физикам удалось получить такой же конденсат из частиц света.

 

О том, что такое конденсат Бозе-Эйнштейна, физики-теоретики узнали в 1924 году, когда Шатьендранат Бозе и Альберт Эйнштейн обосновали возможность перевода вещества в особое сверхконденсированное состояние путем охлаждении до чрезвычайно низких температур. Однако реализовать этот переход на практике в лабораторных условиях физикам-экспериментаторам удалось лишь в 1995 году, за что они 6 лет спустя удостоились Нобелевской премии.

Пятое агрегатное состояние вещества

Конденсат Бозе-Эйнштейна порой именуют пятым агрегатным состоянием  вещества - наряду с твёрдым, жидким, газообразным и плазмой. Главная же его особенность состоит в том, что образующие его атомы при температурах, близких к абсолютному нулю, переходят на самый низкий энергетический уровень из всех возможных, как бы теряют при этом свою самостоятельность и начинают вести себя как один гигантский атом. "Их можно воспринимать как атомы, марширующие строго синхронно, - поясняет Вольфганг Кеттерле, один из нобелевских лауреатов. - Однако на самом деле речь здесь идет о квантово-механическом взаимодействии, поэтому вернее было бы, пожалуй, говорить о своего рода огромной волне материи, волне, в которой согласованно участвуют все атомы".

Самый первый конденсат Бозе-Эйнштейна, полученный экспериментально американцами Эриком Корнеллом и Карлом Уименом, представлял собой висящее в магнитно-оптической ловушке газовое облачко, состоящее из двух тысяч атомов рубидия, охлаждённых до температуры, лишь на 2 стомиллионных доли градуса превышающей абсолютный нуль. Спустя всего три месяца немцу Вольфгангу Кеттерле удалось получить в 100 раз больше конденсата из атомов натрия.

С тех исследования в этой области идут полным ходом. И вот теперь  группа физиков Боннского университета иммет все основания говорить о новом прорыве. Ян Клерс (Jan Klärs), один из авторов работы, поясняет: "Этот эффект в отношении атомов известен с 1995 года. А нам удалось теперь добиться того же эффекта с фотонами. До сих пор считалось, что это едва ли возможно".

Ловушка для света

Фотон - это квант (то есть мельчайшая порция) электромагнитного излучения, элементарная частица, не обладающая массой покоя и способная существовать, только перемещаясь со скоростью света. Говоря о фотонах, обычно имеют в виду электромагнитное излучение в видимом диапазоне частот - проще говоря, свет. То, что фотоны в принципе поддаются бозе-эйнштейновской конденсации, было ясно давно, но все попытки добиться этого экспериментально до сих пор заканчивались безрезультатно. И вот теперь немецким физикам это удалось.

Тут следует напомнить, что если разогревать, скажем, вольфрамовую нить обычной лампы накаливания, то она начинает светиться сначала красным, потом желтым, а под конец - даже голубоватым светом. То есть по цвету излучения можно судить о температуре светящегося объекта: голубой свет горячее зеленого, зеленый - желтого, желтый - красного. Кроме того, от температуры зависит и интенсивность излучения: сильно раскаленная нить светит ярко, а по мере ее охлаждения количество испускаемых фотонов уменьшается. Поэтому получить необходимое для конденсации Бозе-Эйнштейна количество холодных фотонов было крайне сложно.

Ключевым элементом лабораторной установки боннских ученых является оптический микрорезонатор - миниатюрная ловушка света, выполненная из изогнутых зеркал, - говорит Ян Клерс: "Это два зеркала с очень высокой отражательной способностью, то есть они отражают практически весь попадающий на них свет, так что утечка наружу равна, можно сказать, нулю. Лазерным лучом в эту камеру, в этот микрорезонатор, мы запускаем некоторое количество фотонов, и они там мечутся между зеркалами".

Как охладить фотоны?

Поскольку же ширина щели между зеркалами составляет всего 1,5 микрометра, внутри оптической ловушки резонирует только желтый и зеленый свет - более длинные волны в ней, так сказать, "не помещаются". Но для получения конденсата Бозе-Эйнштейна все пойманные в ловушку фотоны должны иметь строго одну и ту же длину волны. Значит, зеленые фотоны с более высокой энергией следовало охладить до температуры желтых фотонов. Именно это и считалось долгое время невозможным. Но боннские ученые нашли выход: они заполнили микроскопическую щель резонатора ярко-оранжевой жидкостью.

"Обычно, если фотоны охладить, они просто исчезают, - говорит руководитель проекта, профессор Института прикладной физики при Боннском университете Мартин Вайц (Martin Weitz). - Краситель же выполняет функцию хладагента, снижающего температуру фотонов до комнатной. В этом, собственно, и состоит трюк: благодаря рассеянию на молекулах фотоны меняют цвет, но не исчезают".

Новые источники света

Наращивая интенсивность лазерной излучения, то есть увеличивая количество фотонов в микрорезонаторе, заполненном раствором красителя, исследователям удалось-таки получить конденсат Бозе-Эйнштейна. Этот переход произошел, когда количество фотонов в ловушке достигло примерно 80 тысяч. "Начиная с этого момента, микрорезонатор начинает испускать фотоны строго одного цвета, то есть с одинаковой энергией и одинаковой длиной волны. Они ведут себя как один огромный фотон, что является типичным признаком бозе-эйнштейновской конденсации", - говорит Ян Клерс.

Конечно, все это - строго говоря, сугубо фундаментальные исследования в области квантовой оптики. Но их прикладное значение просматривается уже сегодня. Ведь получение конденсации Бозе-Эйнштейна в разреженных газах из атомов щелочных металлов 15 лет назад позволило очень быстро создать совершенно новый источник света - атомный лазер, в котором источником когерентного излучения служили синхронизированные атомы. Нынешнее открытие боннских ученых не менее перспективно: на основе фотонного конденсата Бозе-Эйнштейна могут быть созданы лазеры, излучающие в диапазоне очень коротких волн. Потребность в таких ультрафиолетовых или даже рентгеновских лазерах сегодня очень велика - прежде всего, в медицине, а также в производстве полупроводниковых компонентов.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман


http://www.dw-world.de/dw/article/0,,6301822,00.html

Категория: Новости науки и техники | Просмотров: 391 | Добавил: Professor | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Мы - Далевцы!

Календарь
«  Декабрь 2010  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031

Архив записей

Наши партнёры
  • Кафедра гуманитарных и социально-экономических дисциплин
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz

  • Статистика

    Онлайн всего: 1
    Гостей: 1
    Пользователей: 0

    Copyright MyCorp © 2021     Created by Alex Kalinin