Ядерный физик Николай Полуэктов, который помогал нам с изданием ужасной игры Холивар, очень просил п

Ядерный физик Николай Полуэктов, который помогал нам с изданием ужасной игры Холивар, очень просил поздравить всех со столетием квантовой механики. Даты нет, есть только год, и это этот год.

В общем, поздравляем!

Ну и сегодня у нас разбор его последней научной работы — до того, как он стал журналистом Коммерсанта, а потом просто коммерсантом, а потом самогонщиком. Кстати, вот самая впечатляющая работа про его косорылов-самогон, зацените рецензентов внутри.

Но у нас сегодня другое: двухцветная интерференционная стабилизация атомов.

Прикол такой: если жахнуть по атому лазером, энергия фотонов выбьет электрон с орбиты, и атом превратится в ион. Чем мощнее лазер, тем быстрее это должно произойти. Однако в сильных полях это правило иногда нарушается. Есть такая интерференционная стабилизация. При очень высокой интенсивности света атом перестает ионизироваться и стабилен дольше, чем при более слабом свете.

До этого ученые изучали явление в основном на ридберговских атомах (у них электрон на очень высокой орбите). Там много близко расположенных уровней, и лазер перепутывает их так, что электрон как бы застревает и не может улететь.

Тут решили выяснить, можно ли добиться стабилизации проще. Предложили использовать два лазера разного цвета (частоты) и работать не с кучей ридберговских уровней, а всего с двумя конкретными нижними уровнями атома. Логика создания тестовой среды — обычно чем сильнее вы бьёте по электрону, тем легче ему отвалиться. Но если бить двумя лазерами, то, возможно, они будут херачить его, упрощая, в разные стороны, и удары скомпенсируют друг друга. Разница энергий уровней примерно равна разнице энергий фотонов лазеров, и при этом оба лазера достаточно мощные, чтобы ионизировать атом.

Механически вылет может случиться сразу с уровня 1 от первого лазера или переходом с уровня 2 на 1 и подпиныванием вторым лазером. В квантовой механике эти варианты складываются как волны. Авторы математически показали, что можно подобрать интенсивность и частоту лазеров так, что эти два пути будут гасить друг друга.

Короче, они придумали наушники с шумоподавлением для атома. Вроде — там динамики, которые херачат вам звуком, но этот звук идеально компенсирует фоновый шум в противофазе. Тут то же самое, только вообще другое и с лазерами.

Гелий и водород — при увеличении интенсивности лазеров вероятность ионизации сначала растет (как и должно быть по классике), затем резко падает, а потом снова растет. Этот провал — окно стабилизации. Даже с учетом сглаженных импульсов и мешающих уровней, степень стабилизации 70–75%. Это меньше, чем в идеальной модели (90%), но все равно очень значимый результат. То есть доказали — расчётно — что идея работает. Для гелия защита почти идеальная — лазеры блокируют сами себя на 90%. Для водорода защита чуть слабее, ~75%, из-за более сложного строения атома, но лазерный шумодав все равно работает очень эффективно.

То есть неизбежное зло в виде ионизации уже и не такое неизбежное. Это был 2004 год, на практическое доказательство, видимо, не хватило денег.

Дальше лет через 5-10 это всё много раз повторили практически и научились контролировать процесс очень точно на фемтолазерах. Результаты — эта работа стала кирпичиком к аттосекундной физике (если что, нобелевка-2023) — сфотографировали движение электрона внутри молекулы, стабилизация была нужна для суперкоротких вспышек. Этот же способ подходит для сортировки изотопов (стабилизируем одну молекулу, ионизируем другую и вытягиваем ион полем). Лазерное сито часто используется для получения углерода-13 (нужен для дыхательных тестов в больницах) и ещё дофига где. Ещё с использованием технологии есть подходы в квантовых вычислениях, там главная проблема всегда — хоть как-то что-то стабилизировать.

Короче, мы могли бы лететь к звёздам, но сейчас Николай торгует играми на маркетплейсах. Вот наша.

А вас ещё раз с годом квантовой механики!

— Вступайте в ряды Фурье! | Самые интересные посты Оптимист видит стакан наполовину полным, пессимист – наполовину пустым, а физик – находящимся в состоянии неустойчивого равновесия.