23 февраля 2008 г.

Атомно-интерферометрические методы

По поводу эксперимента по измерению гравитации на субмиллиметровых расстояниях в предыдущем сообщении подумалось вот что. Вообще, современный оптический эксперимент позволяет засечь смещение тела, даже если оно в миллиарды раз меньше длины волны света -- для этого, правда, нужно, чтобы луч многократно проходил путь от тела до зеркала и обратно (самый впечатляющий пример -- интерференционные проекты по поиску гравитационных волн).

В этом эксперименте грузик находится на кантилевере -- тоненькой пластинке, которая отклоняется под действием силы гравитационного притяжения грузика (фактически, пылинки!) к другому телу. Типичная величина ее отклонения была на несколько порядков меньше размера атомов, и уж тем более меньше длины волны света. Тем не менее, отклонение детектируется оптическими методами, с помощью интерферометра Фабри-Перо, в котором свет многократно пробегает зазор между блестящим грузиком и поверхностью оптоволокна.

Раз благодаря интерференционным схемам можно детектировать смещение на много порядов меньше длины волны, то интересно было бы попытаться вместо лазерного луча пустить "луч когерентного вещества" -- например бозе-конденсат атомов, но только не пойманный в ловушку, как обычно, а летящий в виде луча. Такой луч уже прозвали атомным лазером (обычный лазер в этой терминологии -- это фотонный лазер). Если научиться разгонять бозе-конденсат без его разрушения, и затем управлять им достаточно надежно, то с его помощью можно тоже будет детектировать смещения много меньше длины волны -- но уже длины волны вещества.

Комптоновская длина волны протона -- порядка фемтометра. Это значит, что даже сильно нерелятивистские протоны (а тем более ядра и целые атомы) могут иметь длину волны много меньше микрона (т.е. много меньше длины волны света в оптическом диапазоне). Например, при тепловых скоростях атомы имеют длину волны порядка ангстремов. Значит, если интерференционую технику удастся развить и для атомного лазера, то вероятно с его помощью можно будет измерять и более мелкие смещения. Только, конечно, эту технику надо вначале развить. В частности, насколько я понимаю, главная техническая проблема на пути к этому состоит в том, как научиться эффективно отражать конденсат без его разрушения.

Вообще, сейчас атомно-интерферометрические методы уже применяются в экспериментах, и даже для изучения гравитации, см. например новость Гравитационная постоянная измерена новыми методами. Но там постановка эксперимента пока иная, и там не используется многократное пробегание пути между зеркалами, при котором набегает фаза.

Комментариев нет:

Отправить комментарий