Создана новая установка для регистрации отдельных атомов

Источник: computerra.ru

Группа ученых из США и Чили разработала устройство, которое обеспечивает обнаружение нейтральных атомов со степенью достоверности 99,7% за время, не превышающее одной микросекунды (по временным характеристикам описанная конструкция, таким образом, приблизительно в 20 раз превосходит все предложенные ранее).

«Существующие методики не обладают достаточным быстродействием, — говорит один из авторов работы Дэвид Норрис (David Norris) из Объединенного квантового института (США). — Более того, раньше отличить истинное срабатывание от ложного, обусловленного случайными процессами, было очень сложно; приходилось долгое время набирать статистику. Наша система эффективно фильтрует сигнал и одновременно уменьшает время обнаружения».

Для проведения экспериментов и оценки характеристик созданной установки ученые использовали магнитооптическую ловушку с отверстием диаметром 1,5 мм, через которое заключенные в ней атомы рубидия постепенно выходили наружу. Освободившись, атомы преодолевали расстояние около 8 см и попадали в оптический резонатор, зеркала которого были разнесены приблизительно на 2 мм. Между ними проходило горизонтально поляризованное излучение лазера с длиной волны 780 нм.

При пролете атома рубидия через пучок такого излучения происходит его многократное возбуждение, в результате чего испускается некоторое количество фотонов (излучение воздействует на атом всего около 5 мкс, но за это время может образоваться до 200 фотонов). Заметим, что испускаемые фотоны могут обладать вертикальной поляризацией.

Внутри резонатора исследователи создали магнитное поле, благодаря чему при попадании атома плоскость поляризации лазерного излучения слегка поворачивалась (см. эффект Фарадея). Угол поворота в пересчете на единичное воздействие очень мал, однако за время прохождения атома излучение успевает отразиться от зеркал около 10 000 раз, и результирующий эффект оказывается весьма значительным. В результате доля лазерного излучения, обладающего вертикальной поляризацией, увеличивается.

Со временем излучение покидает резонатор и попадает на поляризационный светоделительный элемент, который направляет пучки фотонов с разными направлениями поляризации к разным детекторам; резкое повышение количества зарегистрированных частиц с вертикальной поляризацией, таким образом, служит признаком попадания атома в резонатор. Разумеется, детектор регистрирует и внешние фотоны, к образованию которых атом не имеет никакого отношения; казалось бы, это должно ухудшать характеристики установки и приводить к появлению ложных срабатываний, однако сигнал от попадания атома, как показали ученые, значительно превосходит по интенсивности сигналы, соответствующие статистическим процессам.