Израильские физики применили технику квантовой логики к измерению вероятности неупругого соударения между холодными атомами рубидия и ионами стронция. В их опыте высвобождающийся избыток энергии переходил к дополнительному логическому иону, чье возбуждение ученые фиксировали оптическими методами. Полученные в эксперименте данные помогут теоретикам точнее строить модели межатомного взаимодействия.

Исследование опубликовано в Nature Physics.

Неупругие соударения всегда представляют для физиков больший интерес, чем упругие, поскольку они открывают доступ к внутренней структуре участвующих в них частиц. В случае, если речь идет об атомах, изменение их внутреннего состояния в силу законов сохранения неизбежно скажется на кинетической энергии. Если речь идет о множественных соударениях в больших атомных ансамблях, неупругие процессы сказываются на макроскопических величинах, поддающихся измерению, таких как температура или давление.

Развитие методов охлаждения и контроля холодных атомов открыло дорогу к изучению столкновений индивидуальных атомов и ионов. Мы уже рассказывали, как физики обнаружили в таких системах резонанс Фешбаха и неравновесное термодинамическое поведение, а также смогли с высокой точностью отслеживать траекторию и скорость иона в процессе его движения сквозь атомный конденсат. Прогресс в этом направлении ограничивается тем фактом, что не все ионы можно нужным образом подготавливать и детектировать.

Техники, основанные на квантовой логике и симпатическом охлаждении, выглядят перспективным решением этой проблемы. Симпатическое охлаждение (или охлаждение смешиванием) позволяет подготовить ионы в нужном холодном состоянии, чего нельзя достичь лазерными методами. Под квантовой логикой здесь понимается использование дополнительного (логического) иона, который связывается с ионом, участвующим в некотором физико-химическом процессе, и выступает посредником при измерении его свойств. Несмотря на то, что эти методы уже активно используются физиками во множестве задач, никто пока не применял их к исследованию неупругих столкновений ультрахолодных атомов.

Это удалось сделать израильским физикам под руководством Ора Каца (Or Katz) из Института имени Вейцмана.