Сайт переехал physreal.com

Группа ученых под руководством Джеймса Томпсона (James Tompson) из университета штата Колорадо в городе Боулдер (США) собрала экспериментальный прототип «безфотонного» лазера, реализовав принцип так называемого «сверхизлучения».

Существование этого эффекта было предсказано американским физиком Робертом Дикке (Robert Dicke) в 1954 году и экспериментально обнаружено в 1973 году.

В обычных лазерах источником излучения выступают фотоны, «саморазмножающиеся» в рабочем теле излучателя. В процессе накачки лазера фотоны сталкиваются с зеркальными стенками устройства, из-за чего те начинают вибрировать. Эти вибрации негативным образом сказываются на спектре и других характеристиках излучения, что ограничивает точность обычных лазеров.

Сверхизлучение лишено этих недостатков, так как на подготовку импульса фотоны и зеркала практически не влияют. Источником излучения является группа тесно расположенных атомов, охлажденных почти до абсолютного нуля (минус 273 градуса Цельсия).

После этого атомы накачиваются при помощи внешнего источника энергии и часть их электронов переходит из состояния покоя на высокий энергетический уровень. Когда число «заряженных» атомов достигает определенной критической отметки, отдельные атомы теряют «индивидуальность» и их коллектив спонтанно испускает пучок идеально синхронизированных частиц света – фотонов – с очень узкой частотой излучения.

Как отмечают Томпсон и его коллеги, ученые предпринимали множество попыток создать лазер на основе этого эффекта, однако они всегда сталкивались с проблемой подбора рабочего вещества и «накачки» нужного числа атомов без преждевременного испускания фотонов отдельными «индивидами».

Исследователи решили эту проблему при помощи двух нестандартных решений. В качестве рабочего материала они использовали газ из щелочного металла рубидия. Атомы этого вещества можно легко охладить до сверхнизких температур и «поймать» в ловушку. С другой стороны, у этого материала есть серьезный недостаток – структура его электронной оболочки препятствует созданию лазера с узким спектром излучения.

Томсон и его коллеги решили эту проблему, периодически «накачивая» атомы рубидия при помощи обычного лазера. Благодаря облучению в атомах рубидия появлялся «виртуальный» высокий энергетический уровень, необходимый для спонтанного перехода электронов в состояние покоя. В результате этого возникало сверхизлучение, хотя и с несколько «смазанным» спектром по сравнению с тем, который бы возник в случае «честной» реализации этого эффекта.

Тем не менее, экспериментальный излучатель Томсона и его коллег примерно в тысячу раз чувствительнее самых точных обычных лазеров. Благодаря этому

«безфотонные» излучатели, а также синхронизированные с ними обычные лазеры, можно использовать для создания сверхточных атомных часов, а также для других целей – астрономических и физических наблюдений, улучшения работы спутников GPS и систем оптической связи.

РИА Новости