КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 17-72-10139
НазваниеИсследование кинетики атомных ансамблей в условиях существенно квантового характера взаимодействия атома с полем.
Руководитель Ильенков Роман Ярославович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-304 - Спектроскопия
Ключевые слова Лазерное охлаждение, эффект отдачи, оптические ловушки, оптические решетки, стандарты частоты.
Код ГРНТИ29.29.39
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на решение актуальной проблемы лазерного охлаждения – создания интенсивных источников ультрахолодных атомов. Интенсивные источники ультрахолодных атомов необходимы для создания высокочувствительных атомных интерферометров и нового поколения оптических стандартов частоты. Методы лазерного охлаждения позволяют охладить атомный газ до миллионных долей градуса Кельвина. При настолько низких температурах вещества квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне: ультрахолодный газ нейтральных атомов конденсируется в квантовое состояние, подчиняющееся статистике Бозе- Эйнштейна или Ферми – Дирака. Ультрахолодные газы являются уникальной лабораторий позволяющей моделировать не только квантовые нелинейные явления (квантовые вихри, светлые и темные солитоны, самозахват квантовой системы, туннельное прохождение или надбарьерное отражение квантовых частиц, интерференция волн материи и т.д.) или конденсированные состояния (например, исследовать сверхпроводимость и сверхтекучесть), но и экзотическую материю, вроде черных дыр и нейтронных звезд (например, недавний эксперимент по моделированию аналога излучения Хокинга).
В настоящее время особенный практический интерес ультрахолодные атомы представляют для создания высокоточных оптических стандартов частоты и времени, являющихся основном компонентном практически любой системы требующей высокой точности позиционирования или связанной с передачей информации, и для квантовых вычислений, в которых холодные атомы, локализованные в оптическом потенциале, выполняют роль квантовых битов информации. Использование холодных атомов открывает большие перспективы для развития квантовые стандарты частоты, что позволяет создавать атомные часы с долговременной нестабильностью порядка 10-17 – 10-18 [H. Katori. Optical lattice clocks and quantum metrology // Nature Photonics 2011, v.5, pp 203-210]. Достижение высокого уровня точности важно, как в области фундаментальных исследований, так и для большого количества стратегически значимых применений как гражданского, так и военного характера. Достижение уровня точности 10^(-18) квантовыми стандартами частоты открывает возможности для измерения гравитационного потенциала Земли с разностью высот до 2 см. Потому, развитие метрологической сети современных стандартов частоты открывает возможности также и для создания карты геопотенциала Земли, что представляет интерес для широкого круга практических приложений.
Создания интенсивных источников ультрахолодных атомов требует развития новых методов лазерного охлаждения до температур в несколько микрокельвинов без потерь числа холодных атомов (в отличие от методов испарительного охлаждения, которые приводят к потере основной доли холодных атомов в процессе охлаждения) и удержания большой доли нейтральных атомов в оптических ловушки. Это позволит на несколько порядков увеличить соотношение сигнал/шум в оптических стандартах частоты, и квантовых сенсорах на основе атомных интерферометров и, соответственно, значительно повысить их точность. Будет проведено исследование лазерного охлаждения атомов на слабых (часовых) переходах (параметр квазиклассичности, которых не позволяет применять стандартные теории лазерного охлаждения). В силу нарушения применимости квазиклассического приближения и существенно квантового характера взаимодействия атомов с фотонами поля резонансными слабому переходу, применением стандартных методов не удается достичь эффективного лазерного охлаждения атомов на таких переходах. Тем не менее, использование таких переходов является перспективным и требует развития новых методов лазерного охлаждения принимающих во внимание существенно квантовый характер взаимодействия атомов с фотонами поля. Для реализации быстрого сверхглубокого лазерного охлаждения может быть реализована комбинация нескольких световых полей резонансных различным оптическим переходам.
Особое внимание будет уделено поиску оптимальных режимов лазерного охлаждения для наиболее быстрого охлаждения до минимальных температур. Основная идея заключается в поиске тех параметров лазерного поля, при которых получаемые импульсные распределения имеют существенно немаксвеловский вид. При таком импульсном распределении доля именно ультрахолодных атомов существенно возрастает, что позволяет резко увеличить число атомов в оптической ловушке. Однако, для получения корректных распределений холодных атомов, имеющих структуры шириной порядка несколько импульсов фотона, требуется развитие квантовых методов. Без такого развития невозможно корректно описывать режимы, в которых частота отдачи сравнима со скоростью спонтанного затухания возбужденного уровня в атоме, или существенно превышает ее (что и происходит в случае слабых переходов, на исследование которых нацелен проект).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ