Фізики надрукували пристрій для створення ультрахолодних атомів: тепер квантові експерименти стануть доступнішими

Розробка вчених відкриває доступ до більш швидкого та зручного способу створення невеликих, більш

стабільних, настроюваних установок дляквантових експериментів.  Сьогодні для синтезу ультрахолодних атомів фізики застосовують лазерне світло та магніти. А отримані атоми використовують, наприклад, для ідентифікації навіть найслабших магнітних полів або створення годинника з точністю до квадрильйонної секунди.  Тому фізики давно прагнули використовувати пристрої з ультрахолодними атомами в різних умовах: від дослідження космосу, де вони можуть допомогти в навігації, до гідрології, де вони можуть точно визначати місцезнаходження підземних вод, виявляючи їх гравітаційне тяжіння. Але сам процес охолодження атомів, достатнього для виконання будь-якого з цих завдань, часто буває складним та важким.

Ключ до охолодження та контролю над атомами - цепопадання на них точно налаштованого лазерного світла. Гарячі атоми рухаються зі швидкістю сотні кілометрів на годину, тоді як надзвичайно холодні атоми майже нерухомі. Фізики стежать за тим, щоб щоразу, коли на теплий атом потрапляв лазерний промінь, світло падало на нього таким чином, щоб атом втрачав деяку енергію, сповільнювався і ставав холоднішим. Зазвичай вчені працюють на лабораторному столі розміром 1,5 м на nbsp; 2,5 м, на якому встановлено «лабіринт» із дзеркал та лінз — оптичних компонентів, що керують світлом. Щоб контролювати, де в цій камері знаходяться всі ультрахолодні атоми, фізики використовують магніти: їхні поля діють як паркани.

У порівнянні з прискорювачами часток довжиною вкілька кілометрів або великими телескопами ці експериментальні установки малі. Однак вони занадто великі і крихкі, щоб стати комерційними і застосовуватися за межами академічних лабораторій. Фізики часто витрачають місяці на вирівнювання кожного маленького елемента в своїх оптичних лабіринтах. Навіть невелика струс дзеркал і лінз - що може статися в польових умовах - призведе до значних затримок в роботі. Тому дослідники з Ноттінгема звернулися до 3D-друку.

Установка фізиків займає обсяг менше 0,15кубічного метра, що трохи більше, ніж стос із 10 великих коробок для піци. Це дуже, дуже мало. Ми зменшили розмір приблизно на 70% порівняно із звичайною установкою», — каже Сомая Мадхалі, аспірантка Ноттінгема та перший автор дослідження. Щоб побудувати його, вона та її колеги зібрали свою установку із блоків, які вони надрукували на 3D-принтері. Замість того, щоб обробляти вакуумну камеру із міцних, але важких металів, команда надрукувала її з легшого алюмінієвого сплаву. А лінзи та дзеркала вони вставили у тримач, який також вони надрукували з полімеру.

Отримана мініатюрна установка успішноспрацювала. Команда завантажила 200 мільйонів атомів рубідію в свою вакуумну камеру і пропустила лазерне світло через всі компоненти оптики, змусивши світло зіткнутися з атомами. Атоми сформували зразок з температурою нижче - 267º С - точно так само, як вчені робили це з більш традиційними приладами протягом останніх 30 років.

Великою перевагою використання 3D-друкує те, що вчені зможуть індивідуально проектувати кожен компонент. Тому нове дослідження є кроком вперед в тому, щоб зробити цей інструмент для фундаментальних фізичних досліджень більш доступним і комерційним. Фізики припускають, що подібні інструменти будуть використовуватися за межами академічних кіл, наприклад, компаніями, що виробляють квантові датчики, які вловлюють магнітні або гравітаційні поля.

Читати далі:

З'явився новий метал, в якому електрони рухаються як рідина

Спеціальна гиря для обману покупців: в Ізраїлі виявили незвичайний артефакт

Нова iOS 15: дата випуску, дизайн і функції iPhone. Розповідаємо все, що відомо