Физики из Института им. Макса Борна и Берлинского технического университета (оба — Германия) сумели использовать так называемую пондеромоторную силу для придания атомам гелия гигантского ускорения.

Пондеромоторная сила действует на заряженные частицы, помещенные в неоднородное осциллирующее электрическое поле; ее влияние выражается в том, что частицы перемещаются по направлению к области слабого поля. Было принято считать, что воздействие этой силы на нейтральные атомы пренебрежимо мало.

Авторы, однако, придерживались другого мнения. В своих экспериментах они направляли пучок атомов гелия на позиционно-чувствительный детектор, а затем воздействовали на поток атомов лазерными импульсами, создавая тем самым локализованные электромагнитные поля. Анализируя данные с детектора, ученые обнаружили, что некоторое число атомов гелия ускорялось, причем в отдельных случаях приданное им ускорение превосходило ускорение свободного падения g в 10¹⁴ раз.

Пространственное распределение возбужденных атомов гелия в детекторе (цветом обозначено количество атомов). Стрелка указывает направление лазерного луча. (Иллюстрация из журнала Nature)

Объяснение этому явлению дает теоретическая модель, предложенная учеными в прошлом году. Суть эффекта состоит в том, что под воздействием лазерного излучения электрон атома может перейти в высоковозбужденное состояние, отойдя на значительное расстояние от ядра (такой атом принято называть ридберговским). Электрон, испытывающий воздействие пондеромоторной силы, «тащит» за собой весь атом.

Исследователи видят несколько возможных применений своей технологии; к примеру, предлагается использовать ее для нанесения атомарных покрытий на поверхности.

Движение атомов в таком случае будут управляться путем изменения конфигурации лазерных полей», — комментирует один из авторов работы Ульрих Айхман (Ulrich Eichmann).

Максимальная скорость V_макс(z), которой достигали атомы гелия под действием лазера. График (а) соответствует энергии импульса в 900 мкДж и его длительности в 60 фс, (b) — 1,2 мДж и 80 фс, (с) — 1,5 мДж и 100 фс, (d) — 1,8 мДж и 120 фс.