1626435886-1cce6bde8b5ee3bdaa35d7367a651ad8 (844327), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Во-первьж, лазерное замедление пучка детектируемых атомов позволяет увеличить время пролета атомов через область детектирования. Например, в схеме флюоресцентного детектирования увеличение времени пролета атомов через лазсрньш луч, возбуждающий флкюресцопцпю, позволяет увеличить число рассеянных фотонов, что приводит к резкому увеличению селектнвностп детектирования. Во-вторых, медленный пучок детектпруемых атомов может быть направлен в магнитную ловушку.
Длительное удержание атомов в последней танисе позволяет резко увеличить селектпвность детектирования единичных атомов. Другим интересным направлением являетсн использование единичных холодных атомов для регистрации квантовых переходов атома па слабых переходах с временем жизни верхнего уровня, скангем, порядка 10 ' — 10 ' с [187, 1881. Наблюдение возбунгденпя атома па таких слабых переходах представляет значительные трудности из-за крайне малого значения сигнала флюоресценцпи, вызываемого возбуждением атома.
Эту трудность можно однако преодолеть, если факт возбуждения атома на слабом переходе регистрировать по изменению сигнала флюоресценцип на смежном сильном дипольном переходе. Прн каждом возбуждении атома на слабом переходе сигнал флюоресценцпп на сильном переходе должен скачком обращаться в нуль, оставаясь пулевым до тех пор, пока атом не вернется в походное нижнее состояние за счет спонтанного распада плп выну:кденпого испускания фотона. Наблюдение таких квантовых скачков атома может быть осуществлено только прп использовании медленных атомов, поскольку время пролета атома через область резонансного полн должно превышать время спонтанного распада па слабом переходе. Например, прп размерах области, занятой резонансным полем, порядка 1 см и при времени спонтанного распада 10 ' с для наблюдения квантовых скачков могут использоваться атомы со скоростями, не превьппающпмп 1О' см/с. Практическая основа для проведения таких зксперпмептов унга заложена последпимп работамп по лазерному охлаждению атомных пучков, в которых получены атомы со скоростник, мепьшимп 1,5 10' слл/с 1189~, п даже реализовано изменение знака скорости атомов 11901.
Еще одним перспективным направлением исследований с единпчнымп холодпымп атомами является пзученпо статистических флуктуаций координаты и импульса отдельного атома. В экспериментах с несколькпмп атомами можно ясследовать статистику появления ультрахолодных атомов в определенном объеме пространства и наблюдать переход от классического распределения Пуассона к квантовому распределению Бозе — Зйпштейпа плп Ферми — Дпрака. Наконец, следует также отметить возможность точного измерения потенциала взаимодействия модленпых атомов па далеких расстояниях пли прп очень малой энергии взаимодействия. Особенно большие возможности откроются после разработки перестраиваемых лазеров в вакуумной ультрафиолетовой области, работающих в непрерывном режиме.
В этом случае можно будет осуществлять глубокое радиационное охлаждение свободных атомов водорода. Ъльтрахолодпыо атомы водорода представлялот интерес для фундаментальных экспериментов в физике, в частности, для получения сверхузкого п высокостабилького оптического резонанса па 18 — 28 переходе. Можно будет также изучать взаимодействие ультрахолодяых атомов водорода, когда длина волны де Бройля становится сравшп|ой с расстоянием между атомамп. й 12.5. Заключение Заканчивая книгу, посвященную новой и быстро развивающейся проблеме, авторы всегда замечают, что за время ее подготовки к печати неизбежно появляются новые данные, которые хотелось бы обязательно включить в книгу. Однако где-то неизбежно приходится ставить точку.
Так и в данной книге,— заканчиван ее, мы видим, что за прошедшие два года появилось много иктересшлх работ. Поэтому в ааключепие остаетсн только кратко отметить достигнутый процесс и намечающиеся новые направления. Использование светового давления для охлаялдения и остановки атомов продемонстрировано теперь уже во многих работах с атомамн Ха (ель, например, 1152, 191, 1921), и сейчас в лабораториях идет подготовка экспериментов с другими атомами, налиболее перспективными для получения сверхузких резонансов и применения в квантовых стандартах частоты (Са, Сз п др.). Выполнены первые успшпные эксперименты по управлению поперечными характеристиками атомного пучка: коллимации атомного пучка л158, 193), фокусировке его лазерной линзой 119Я, основанной па силе резонансного светового давления.
На очереди стоит наблюдение эффекта сжатия атомного пучка силой светового давления, обсуждавшегося в з 8.6, и эффекта отражения атомного пучка от поверхности в присутствии резонансного све- 208 тового поля ~195ь По-видимому, мы находимся на пути разработки методов лазерного управления пучками нейтральных атомов, или, другими словами, методов и элементов «лазерной оптики» пептральных атомных пучков. Это будет важным дополнением к существующим методам экспериментальной атомной физики, которые откроют много новых и неожиданных возможностей. Одна из таких возможностей, которую нам представляется необходимым особо отметить ввиду ее важного значения для многих областей атомной физики и спектроскопии, состоит в реализации лазерного накопительного кольца для холодных атомов, к.
е. оптической атомной ловушки кольцевого типа. Как отмечалось в з 8.4, исследованиями последних лет была установлена невозможность создания стабильной оптической ловушки на основе аксиальпо-симметричных илп центрально-симметричных световых полей, поскольку в таких полях потенциал силы светового давления не имеет абсолютного минимума, а глубина потенциальной ямы, создаваемой градиентной силой, близка к средней энергии холодных атомов.
Трудности, возникшие при попытках создать оптические атомные ловушки на основе симметричных полей, могут однако пс возникнуть при использовании иных конфигураций полей. Так, можно предположить, что при расположении вдоль оси кольца нескольких, скажем шести, полей типа приведенного на рис. 8.8, движепке атомов поперек оси кольца будет ограничено потенциальной ямой, глубина которой превышает среднюю кинетическую энергию атомов. Естественно, окончательные заключения о стабильности накопительных колец такого типа могут быть сделаны только после детальных расчетов динамики атомов в соответствующих достаточно сложных конфигурациях лазерных полей.
Как мог видеть читатель из основного текста данной книги, до сих пор в проблеме резонансного светового давления на атомы внимание исследователей было сосредоточено на вопросах стохастической динамики атомов в заданном световом поле и в пространственных масштабах, больших по сравнению с длиной волны поля. Именно это отвечает потребностям получения и применения холодных атомов, управления атомными пучками, т. е. болыппнству осуществленных до последнего времени экспериментов. Однако данные дза обстоятельства, характеризуя современный этап исследований, вместе с тем не являются необходимыми условиями использования лазерного света для механического действия на атомы.
Более того, выход за рамки данных ограничений, как нам представляется, открывает новые важные направления будущих исследовании. Одно из -пх состоит в изучении динамики оптически плотных для резонансного излучения ансамблей холодных атомов. Осуществление фокусировки и сжатия атомных пучков резонансным световым давлением делают постановку такой задачи вполне возможной.
В качестве иллюстрации новых возможностей, открыва- 200 ющихся с получением достаточно плотных ансамблей холодных атомов, можно отметить рассмотревяый в )196) эффект поверхностного охлан<девия газа атомов лазерным излучением. При охлаждевпи оптически плотного газа атомов лазерным полем, опо может полностью рассеиваться поверхностью атомного ансамбля. В этом случае внутренняя область атомного ансамбля может быть свободна от внешнего поля.
Соответственно, в этой области холодные атомы могут находиться в основном состоявии, являясь идеальными объектами для наблюдения сверхузких оптических резонансов. Другое направление будущих исследований состоит в изучении динамики атомов в пространственных масштабах порядка длины волны лазерного поля. Здесь представляет значительный интерес, прежде всего, возможность пленения холодных атомов в узлах или пучностях стоячих волн, рассмотренвая почти двадцать лет назад [70) и лишь недавно подтвержденная косвенным образом в эксперименте )197). За счет локализации ультрахолодных атомов в областях размерами порядка Х/2 можно будет наблюдать узкие оптические резонансы, создавать периодические в пространстве решетки атомов и т. д. Теоретически этот круг вопросов рассмотрен примепительно к случаю рассеяния атомов ка стоячей световой волне в ряде недавно опублпковалпых работ )198 — 200).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
