А́ТОМНАЯ О́ПТИКА

А́ТОМНАЯ О́ПТИКА, изу­ча­ет фор­ми­ро­ва­ние ан­самб­лей и пуч­ков ней­траль­ных ато­мов, про­бле­мы управ­ле­ния ими и их при­ме­не­ние. А. о. сфор­ми­ро­ва­лась в са­мо­сто­ят. раз­дел в сер. 1980-х гг. в ре­зуль­та­те ис­сле­до­ва­ний дей­ст­вия сил дав­ле­ния ла­зер­но­го из­лу­че­ния на по­сту­пат. дви­же­ние ато­мов. Дав­ле­ние све­та на твёр­дые те­ла бы­ло об­на­ру­же­но в 1899 П. Н. Ле­бе­де­вым, ко­то­рый так­же пред­ска­зал воз­мож­ность рез­ко­го его уве­ли­че­ния в ус­ло­ви­ях ре­зо­нанс­но­го взаи­мо­дей­ст­вия из­лу­че­ния с ато­ма­ми. Экс­пе­рим. до­ка­за­тель­ст­во пе­ре­да­чи им­пуль­са от фо­то­на сво­бод­но­му ато­му по­лу­чил англ. фи­зик О. Фриш (1933), на­блю­дая от­кло­не­ние пуч­ка ато­мов на­трия под дей­ст­ви­ем из­лу­че­ния. С изо­бре­те­ни­ем ла­зе­ра дав­ле­ние све­та ста­ло ме­то­дом воз­дей­ст­вия на дви­же­ние ато­мов. Поя­ви­лись но­вые идеи по управ­ле­нию дви­же­ни­ем ато­мов: ло­ка­ли­за­ция и ка­на­ли­ро­ва­ние ато­мов в стоя­чей све­то­вой вол­не, ле­ви­та­ция мик­ро­час­тиц в фо­ку­се ла­зер­но­го лу­ча, ох­ла­ж­де­ние ато­мов и ио­нов. Экс­пе­ри­мен­таль­но бы­ла об­на­ру­же­на фо­ку­си­ров­ка ато­мов гра­ди­ент­ной си­лой све­то­во­го дав­ле­ния.

Раз­но­об­раз­ные кон­фи­гу­ра­ции ла­зер­ных све­то­вых по­лей, ста­ти­че­ских элек­трических и маг­нит­ных по­лей по­зво­ли­ли по­стро­ить основные эле­мен­ты гео­мет­рич. А. о., ана­ло­гич­ные эле­мен­там обыч­ной оп­ти­ки, – атом­ные лин­зы, зер­ка­ла, де­флек­то­ры и мо­ду­ля­то­ры атом­ных пуч­ков.

Вол­но­вые яв­ле­ния в А. о. ста­но­вят­ся за­мет­ны­ми, ко­гда дли­на вол­ны де Брой­ля ато­мов $λ_{\text Б}$ ста­но­вит­ся срав­ни­мой с ха­рак­тер­ным раз­ме­ром не­од­но­род­но­стей элек­тро­маг­нит­но­го по­ля. При ком­нат­ной темп-ре $λ_{\text Б}$ рав­на при­мер­но 0,1 нм, что су­ще­ст­вен­но мень­ше дли­ны вол­ны све­та. Ла­зер­ное ох­ла­ж­де­ние по­зво­ля­ет по­ни­зить темп-ру ато­мов поч­ти до аб­со­лют­но­го ну­ля, лишь на од­ну мил­ли­он­ную гра­ду­са вы­ше. При та­кой темп-ре $λ_{\text Б}$ ато­мов ста­но­вит­ся срав­ни­мой с дли­ной вол­ны све­та и на­чи­на­ют за­мет­но про­яв­лять­ся их вол­но­вые свой­ст­ва. Вол­но­вой ха­рак­тер сво­бод­ных ато­мов об­на­ру­жи­ва­ет­ся в экс­пе­ри­мен­тах, сход­ных с опы­та­ми по ди­фрак­ции рент­ге­нов­ских лу­чей на кри­стал­лах. При этом на­блю­де­нию ди­фрак­ции ато­мов в ла­зер­ном по­ле стоя­чей све­то­вой вол­ны спо­соб­ст­ву­ет ре­зо­нанс­ный ха­рак­тер взаи­мо­дей­ст­вия ато­мов со све­том. На ос­но­ве разл. кон­фи­гу­ра­ций ла­зер­ных све­то­вых по­лей и на­но­ст­рук­тур соз­да­ны ко­ге­рент­ные де­ли­те­ли атом­ных пуч­ков, атом­ные ин­тер­фе­ро­мет­ры, вол­но­во­ды и ана­лог оп­тич. ла­зе­ра – атом­ный ла­зер. При темп-ре, близ­кой к аб­со­лют­но­му ну­лю, по­ве­де­ние атом­но­го ан­самб­ля за­мет­но за­ви­сит от его спи­на. Ато­мы с це­лым спи­ном (бо­зо­ны) при очень ма­лых темп-рах ис­пы­ты­ва­ют Бо­зе – Эйн­штей­на кон­ден­са­цию, при ко­то­рой они об­ра­зу­ют но­вый тип «ко­ге­рент­но­го ве­ще­ст­ва». Пер­вые атом­ные кон­ден­са­ты бы­ли по­лу­че­ны в 1995 Э. Кор­нел­лом, В. Кет­тер­ле и К. Уай­ма­ном (Но­бе­лев­ская пр., 2001) при ис­поль­зо­ва­нии ла­зер­но­го и ис­па­ритель­но­го ох­ла­ж­де­ния ато­мов. Маг­нит­ная ло­вуш­ка, удер­жи­ваю­щая ато­мы кон­ден­са­та, яв­ля­ет­ся ана­ло­гом оп­тич. ре­зо­на­то­ра для фо­то­нов в ла­зе­ре. Ато­мы из маг­нит­ной ло­вуш­ки мо­гут быть «вы­пу­ще­ны» в оп­ре­де­лён­ном на­прав­ле­нии (как фо­то­ны че­рез по­лу­про­зрач­ное зер­ка­ло оп­тич. ре­зо­на­то­ра ла­зе­ра), они об­ра­зу­ют ко­ге­рент­ный на­прав­лен­ный пу­чок, ана­ло­гич­ный ла­зер­но­му пуч­ку. По­доб­ное уст­рой­ст­во на­зва­ли атом­ным ла­зе­ром. Зна­чит. ин­те­рес к атом­ным ла­зе­рам свя­зан с по­тен­ци­аль­ной воз­мож­но­стью при­ме­не­ния ко­ге­рент­ных атом­ных пуч­ков в вы­со­ко­точ­ных из­ме­ри­тель­ных при­бо­рах и тон­ких тех­но­ло­ги­ях при соз­да­нии атом­ных и мо­ле­ку­ляр­ных струк­тур.