Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 12
Принципиальная схема атомного лазера.
Сначала бозе-конденсат удерживается магнитной ловушкой (а). У всех атомов при этом электронные спины направлены параллельно магнитному полю (условное направление «вверх»). Затем короткий импульс высокочастотного излучения «наклоняет» спины атомов (Ь). Согласно принципам квантовой механики, «наклоненный» спин является суперпозицией (смесью) состояний «спин-вверх» и «спин-вниз». Атомы со спином «вниз» тут же выталкиваются магнитным полем. Атомная «капля» «жидкого света» выводится из магнитной ловушки (с) и затем расширяется, устремляясь к цели (d).
Преимущества атомного лазера
Первыми достигли желаемого результата американцы. Немец Кеттерле был разочарован, узнав, что Корнелл и Вейман его опередили. Однако решил продолжать собственные эксперименты. На то были, впрочем, особые причины. Во-первых, он шел своим путем. Во-вторых, в своих опытах он использовал атомы натрия, а не рубидия. И спустя три месяца он тоже добился желаемого результата. Причем ему одним махом удалось получить в 100 раз больше конденсата, чем конкурентам.
Кроме того, Кеттерле пошел дальше. На основе конденсата Бозе — Эйнштейна он решил построить атомный лазер. И создал его в 1996 году.
В отличие от света, испускаемого обычной лампочкой, лазер, как известно, испускает когерентное излучение. То есть все испускаемые им фотоны имеют одну и ту же энергию, длину и фазу волны. Если вместо света использовать синхронизированные атомы — как раз такие, что составляют конденсат Бозе — Эйнштейна, — можно говорить об атомном лазере, обладающем большей эффективностью, нежели обычный.
Между оптическим и атомным лазерами есть как аналогии, так и различия. Аналогом активной среды оптического лазера в атомном выступает бозе-конденсат из ультрахолодных атомов. В обоих случаях внешняя энергия приводит в конце концов к тому, что из активной среды вырывается когерентное излучение.
Но происходит это не в результате спонтанного излучения атомов активной среды, как в оптическом лазере, а вследствие более сложного взаимодействия атомов, которое приводит к образованию своеобразных капель «жидкого света». Они обладают чуть меньшей скоростью, нежели фотоны, зато намного большей энергией.
Использовать вместо луча света пучок атомов предлагалось еще четверть века тому назад, когда в Америке началась разработка программы «Звездные войны». Такая замена резко бы увеличила мощность луча, что было необходимо для оружия, подготавливаемого для войн в космосе. Но интересен он не только мощностью.
Часть физиков утверждает, что с их помощью можно будет вести изготовление микросхем с такими возможностями, о которых мы сегодня и мечтать не смеем. Ведь новый инструмент позволяет распоряжаться атомами поштучно, выстраивая из них, словно из кирпичей, какие угодно ансамбли.
А совсем недавно в Институте квантовой оптики имени М. Планка был создан микрочип величиной в почтовую марку. Он заключен в резервуар и содержит миниатюрную оптическую ловушку, которая позволяет получать конденсат Бозе — Эйнштейна. Говорят, такой микрочип может стать основой компьютеров шестого поколения с невиданными ранее возможностями по быстродействию.
Наблюдение когерентности бозе-конденсата.
В магнитной ловушке создается «атомный снежок» сигароподобной формы (а). С помощью лазерного луча конденсат разрезается на две части (Ь). Затем магнитное силовое поле отключается, и обе половинки падают вниз, постепенно «наезжая» друг на друга. В области перекрытия возникает четкая интерференционная картина (с), которая наблюдается на экране с помощью оптического лазера (d).
Публикацию по иностранным источникам
подготовил С.НИКОЛАЕВ
СЕНСАЦИИ
Есть контакт?!
В октябре 2001 года с Земли было отправлено первое радиопослание детей Земли инопланетным цивилизациям.
Художник Ю.Сарафанов
ШКОЛЬНИКИ — ИНОПЛАНЕТЯНАМ
Этот проект, разработанный в Российской академии космонавтики, поддержали национальные космические агентства России и Украины. Для составления текста был создан специальный словарь, содержащий слова, смысл которых, как считают его авторы, инопланетяне смогут расшифровать без особых проблем.
Для отправки радиопослания в межзвездное пространство в бывший Центр дальней космической связи, расположенный под Евпаторией, приехали ребята из ряда российских и украинских школ. В своем послании, составленном на русском и английском языках, они рассказали о планете Земля, о нынешних проблемах человечества, пожелали инопланетянам мира и добра, предложили им свое сотрудничество.
Текст дополнен фрагментами из музыкальных произведений Баха, Бетховена и Вивальди.
Послание было отправлено в космос мощным передатчиком Центра дальней космической связи. По расчетам, оно ежесуточно преодолевает расстояние в 25 млрд. км.
А ребята вместе с учеными продолжают тем временем разрабатывать программу дальнейшего общения с внеземными цивилизациями.
Впрочем, это не первая международная космическая про- грамма, в котором принимают участие российские школьники. Еще 29 марта 2000 года Британский совет — общественная организация, представительства которой имеются в 111 странах мира, — объявил о начале реализации в России проекта «Международная школьная обсерватория».
В ее рамках учащиеся двух российских школ получили возможность использовать данные уникальных зарубежных телескопов и обмениваться знаниями по астрономии со своими сверстниками из 12 стран.
Научную сторону проекта поддерживают Университет им. Джона Мура в Ливерпуле (Liverpool John Moores University) и Японская ассоциация астероидной защиты (Japan Spaceguard Association).
— Начиная проект, организаторы исходили из того, что многие удивительные открытия, особенно в астрономии и точных науках, совершаются молодежью. Ведь в изучении неба главную роль играет не ученая степень исследователя, а его стремление познать тайны Вселенной.
Для участия в пилотном проекте Британский совет совместно с Институтом космических исследований РАН отобрал две российские школы — Нижегородский лицей № 40 и Центр образования г. Зеленогорска Красноярского края, — имеющие опыт самостоятельных исследований в области астрономии. Им и было направлено программное обеспечение и оборудование, которое позволит школьникам связываться с телескопами и обсерваториями в других странах и обмениваться результатами своих исследований с коллегами.
— Серьезные научные исследования, как правило, не ведутся в одиночку. Необходимо не только учитывать опыт других ученых, но и делиться с ними своими достижениями. Обмен знаниями между молодыми учеными из разных стран позволит сделать немало открытий в сфере астрономии, — сказал Сергей Гурьянов, преподаватель астрономии Центра образования г. Зеленогорска. — Участие в проекте позволит преподавателям найти связующее звено между столь разными на первый взгляд дисциплинами, как астрономия, физика, математика, география, история и иностранный язык…
Сейчас в рамках «Международной школьной обсерватории» ведутся исследования по двум основным направлениям: «Введение в астрономию» и «Поиск астероидов». Британские и японские школьники уже работают над этими проблемами, а с подключением к проекту других стран исследования выйдут на международный уровень.
Развитие международного сотрудничества школьников планируется по принципу двустороннего партнерства. Каждая школа страны-участницы будет прикреплена к британской или японской школе. В пилотном проекте задействованы по два образовательных учреждения от каждой страны. В дальнейшем число школ, ведущих исследования в рамках «Международной школьной обсерватории», будет расти.
Более подробно обо всем вы сможете узнать у Натальи Чернюк, специалиста по вопросам науки Британского совета. Тел.: (095) 234-02-01. E-mail:natalia.ch [email protected]
PS. Пока публикация готовилась к печати, в Интернете появилось сообщение об организации еще одной «Виртуальной обсерватории», в которой принимают участие и специалисты НАСА. Они будут поставлять в Интернет последние данные, полученные как с крупнейшего в мире наземного телескопа на Гавайях, так и с космических телескопов.
Подробности для любознательных
ПРОЕКТ «МЕЖДУНАРОДНАЯ ШКОЛЬНАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ»
В мае 2000 года в городе Куала-Лумпур, в Малайзии, состоялась конференция, на которой представители Британского совета, Университета им. Джона Мура в Ливерпуле и Японской ассоциации астероидной защиты приняли решение о создании «Международной школьной обсерватории». Первоначально идею проекта поддержали девять стран. В конце октября 2000 года в Ливерпуле проходил конгресс, на котором проекту присоединились еще четыре европейских государства: Россия, Польша, Венгрия и Испания.
