Ученые из Гарвардского университета (США) разработали экспериментальную схему, которая позволяет различать отдельные ультрахолодные атомы, захваченные в оптическую решетку.

В своих опытах исследователи наблюдали атомы рубидия ⁸⁷Rb, охлажденные до температуры около 5 нК.

При столь низких температурах можно регистрировать различные квантово-механические эффекты, в частности туннелирование, — отмечает участник работы Вазим Бакр (Waseem Bakr). — Наше устройство позволяет следить за каждым из нескольких десятков тысяч атомов, находящихся в решетке».

Атомы рубидия, захваченные в оптическую решетку с периодичностью в 640 нм (иллюстрация из журнала Nature)

Схема «микроскопа» показана на рисунке ниже. Атомы рубидия (а) располагаются внутри вакуумной камеры на расстоянии нескольких микрометров от поверхности полусферической линзы. Эта линза служит для увеличения числовой апертуры объективной линзы (b), установленной вне вакуумной камеры, от 0,55 до 0,8. На рабочей длине волны в 780 нм дифракционный предел оптической системы составляет 500 нм. На атомы направляется лазерное излучение (с), которое используется для их охлаждения и формирования изображения; рассеянные фотоны собираются объективной линзой и передаются на ПЗС-датчик (d). Оптическая решетка создается с помощью той же объективной линзы, периодической маски (е) и светоделительного элемента (f).

На полученных изображениях атомы, находящиеся в соседних ячейках решетки, отстоят друг от друга всего на 640 нм.

Устройство «микроскопа» (иллюстрация из журнала Nature)

Надеюсь, с помощью нашего «микроскопа» физики смогут получить ответ на некоторые нерешенные вопросы, касающиеся, к примеру, высокотемпературной сверхпроводимости, — заключает участник исследования Маркус Грайнер (Markus Greiner). — Возможно, будущие эксперименты с системами ультрахолодных атомов даже приведут к созданию новых материалов с уникальными свойствами».

Полная версия отчета исследователей опубликована в журнале Nature; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.