Американские и российские учёные изобрели световой компас: луч, проходящий через облако атомов рубидия, непосредственно и точно определяет размер и ориентацию магнитного поля.

Высокочувствительные компасы необходимы для обнаружения нефти, эпицентров землетрясений, а также для навигации в случае выхода из строя спутниковой системы GPS. Они хороши при определении размера (амплитуды) магнитного поля, но обычно их приходится подстраивать, дабы они также могли показать направление поля (сравнив его со своим внутренним полем). Качество данных при этом может сильно варьироваться, отмечает соавтор изобретения Александр Зибров из Гарвардского университета (США).

Г-н Зибров и его коллеги намеревались создать компас, способный здесь и сейчас определять направление и размер магнитного поля. Для этого они прибегли к помощи магниточувствительного облака атомов и лазера. В ходе эксперимента в устройстве размером с фишку домино была захвачена группа атомов рубидия-87 при температуре 45 ˚C, после чего на них направили линейно поляризованный луч. Свет фильтровался таким образом, чтобы луч шёл в том же направлении, что и свет, проходящий через поляризованные очки. В присутствии магнитного поля ориентация атомов менялась тем или иным способом, и эти изменения были хорошо видны в свете, свидетельствуя и об определённой величине, и о направлении магнитного поля.

Существуют и другие компасы на базе лазеров и атомов, подчёркивает г-н Зибров, но в их основе лежат циркулярно поляризованный свет и другие способы возбуждения атомов. Для определения магнитного поля после замеров они требуют приложения сложных математических моделей.

В ходе эксперимента компас смог обнаружить магнитные поля с индукцией от 0,1 Гс (меньше магнитного поля Земли) до 200 Гс (сильнее маленького железного магнита). Изменение температуры и размеров чипа позволит подстроить компас под определённые задачи.

По сравнению с предыдущими моделями новый компас лучше справляется с шумом, образующимся в результате случайных столкновений между атомами, а также исходящим от других источников, отмечает соавтор исследования Валерий Юдин из Института лазерной физики СО РАН (Новосибирск). Плюс к тому компас весьма мал и потребляет очень мало энергии.

Лабораторный прототип пока не испытывался в полевых условиях. Предстоит ещё много работы…

Результаты исследования опубликованы в статье:

V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, Y. O. Dudin, V. L. Velichansky, A. S. Zibrov and S. A. Zibrov Vector magnetometry based on electromagnetically induced transparency in linearly polarized light – PHYSICAL REVIEW A. – 2010. – V.82. – 033807.

Почитать о физике явления, на котором построена работа изобретения, можно здесь:http://www.nanonewsnet.ru/…-magnitometr (вы правы, этот и недавний наш материал посвящены одной и той же научной статье, однако разница подходов к её изложению показалась нам любопытной и полезной, что и сделало возможной данную публикацию).

По материалам: