Исследование фундаментальных основ интерференции ультрахолодных атомов для создания высокочувствительных сенсоров инерциальных сил.

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 20-12-00081

НазваниеИсследование фундаментальных основ интерференции ультрахолодных атомов для создания высокочувствительных сенсоров инерциальных сил.

Руководитель Тайченачев Алексей Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-304 - Спектроскопия

Ключевые слова волны де Бройля, атомная интерференция, метод Рамси разнесенных полей, композитные импульсы, лазерное охлаждение, атомные пучки, магнитооптическая ловушка, оптические решетки, конденсация Бозе-Эйнштейна, оптическая накачка, когерентное пленение населенностей

Код ГРНТИ29.29.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основная руководящая идея проекта заключается в том, что атомные интерферометры (АИ), основанные на расщеплении и рекомбинации волн де Бройля ультрахолодных атомов, и атомные стандарты частоты и времени (как оптического, так и СВЧ диапазонов), использующие методы спектроскопии .Рамси в разнесенных полях, можно описать в рамках единого теоретического подхода. При этом теоретические и экспериментальные методы, развитые в прецизионной спектроскопии ультрахолодных атомов могут быть успешно адаптированы к специфическим требованиям атомно-оптической интерферометрии для улучшения характеристик квантовых сенсоров на этой основе. Основные цели проекта: Разработка и исследование новых схем интерференции волн де Бройля ультрахолодных атомов, чувствительных к внешним воздействиям различной природы и исследования возможности построения на основе этих схем высокочувствительных квантовых сенсоров, в частности, датчиков вращений, ускорений и гравитации для фундаментальных физических и геофизических исследований, а также инерциальных навигационных систем. Основными объектами исследований будут АИ на основе атомов рубидия (и других щелочных металлов) и двухфотонных (рамановских) переходов между подуровнями основного состояния. Экспериментальные исследования будут сфокусированы на традиционной схеме АИ с атомами свободно распространяющимися по баллистическими траекториям. Теоретически, кроме того, будут исследованы перспективные АИ на основе атомов в электромагнитных ловушках различного типа, в том числе, с использованием атомных конденсатов Бозе- Эйнштейна для увеличения контраста интерференционной картины и отношения сигнала/шум. Оригинальность и новизна основной научной идеи заключается в том, что развиваемые в ИЛФ СО РАН методы обобщенной рамсеевской спектроскопии и другие методы прецизионной спектроскопии можно адаптировать для атомных интерферометров, ключевой особенностью которых является не только изменение внутренних состояний атома, но и поступательных степеней свободы в результате эффектов отдачи. Адаптация данных методов позволит предложить и исследовать новые схемы атомно-оптических интерферометров, в которых влияние основных систематических эффектов будет существенно подавлено за счет использования специальной последовательности рамановских импульсов, длительность, фаза и отстройка которых выбираются соответствующим образом. В перспективе, разрабатываемые методы и подходы могут привести к улучшению характеристик квантовых сенсоров на основе атомных интерферометров. Актуальность исследований в области атомной интерферометрии связана с известными преимуществами использования волн материи ультрахолодных атомов по сравнению с электромагнитными волнами в оптических интерферометрах, а также по сравнению с электронными и нейтронными интерферометрами, см., например, обзор [A. Cronin, J. Schmiedmayer, D. Pritchard, Optics and interferometry with atoms and molecules, Rev. Mod. Phys. v.81, 1051 (2009)]. В частности, если сравнивать сенсоры вращений на базе АИ с лазерным гироскопом, то фундаментальное преимущество заключается в том, что энергия покоя атома на десять порядков превышает энергию фотона оптического диапазона. Данное обстоятельство позволяет, в принципе, повысить на много порядков чувствительность квантовых сенсоров вращений на основе интерференции атомов по сравнению оптическими интерферометрами, что привело к бурному росту числа научных исследований и научных групп вовлеченных в работы в данном направлении.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ильенков Р.Я., Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Юдин В.И. Laser cooling of atoms at narrow optical transitions in fields with a polarisation gradient Quantum Electronics, v.50 N6, pp 551 – 555 (год публикации - 2020)
10.1070/QEL17337

2. Кирпичникова А.А., Прудников О.Н., Ильенков Р.Я., Тайченачев А.В., Юдин В.И. Laser cooling limits in fields with a polarisation gradient of atoms with different recoil energies Quantum Electronics, v.50, N10, pp.939-946 (год публикации - 2020)
10.1070/QEL17408

Публикации

1. Томилин В.А., Ильичев Л.В. Гибридная атомарно-оптическая квантовая гирометрия ЖЭТФ, МАИК Наука/Интерпериодика, Издательство Springerlink, ЖЭТФ, том 113, вып. 3, с. 212 – 217 (год публикации - 2021)
10.31857/S1234567821030101

2. Юдин В.И., Тайченачев А.В., Басалаев М.Ю., Прудников О.Н., Фурст Х.А., Мештеблер Т.Е., Багаев С.Н. Combined atomic clock with blackbody-radiation-shift-induced instability below 10−19 under natural environment conditions New J. Phys., IOP Publishing, New J. Phys., v. 23, p. 023032 (год публикации - 2021)
10.1088/1367-2630/abe160

3. Гончаров А.Н., Бонерт А.Е., Барауля В.И., Тропников М.А., Трунова О.А., Капуста Д.Н., Кузнецов С.А., Прудников О.Н., Бражников О.Н. Cold atom interferometry: towards Mg optical frequency standard and Rb quantum sensors of inertial forces Tech. Digest MPLP-2021, Ofset-TM, Novosibirsk, Tech. Digest MPLP-2021, p.6 (год публикации - 2021)
10.54041/9785859571864

4. Кирпичникова А.А., Ильенков Р.Я., Прудников О.Н Laser cooling limits for 6Li atoms in monochromatic field with elliptical polarization Tech. Digest MPLP-2021, Ofset-TM, Novosibirsk, Tech. Digest MPLP-2021, p.103 (год публикации - 2021)
10.54041/9785859571857

5. Ильенков Р.Я., Кирпичникова А.А., Прудников О.Н. MOT for 6Li atoms formed by waves with elliptical polarization Tech. Digest MPLP-2021, Ofset-TM, Novosibirsk, Tech. Digest MPLP-2021, p.101 (год публикации - 2021)
10.54041/9785859571857

6. Краснов И., Ильичев Л. Noise-based quantum optical gyrometry Tech. Digest MPLP-2021, Ofset-TM, Novosibirsk, Tech. Digest MPLP-2021, p.108 (год публикации - 2021)
10.54041/9785859571857

Публикации

1. Кирпичникова А.А., Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Юдин В.И. Itô – Stratonovich dilemma in the problem of laser cooling of atoms: limits of applicability of the semiclassical approximation IOP Publishing, Quantum Electronics 52 (2) 130 – 136 (2022) (год публикации - 2022)
10.1070/QEL17980

2. Ильенков Р.Я., Кирпичникова А.А., Прудников О.Н. Magneto-optical trap for 6Li atoms formed by elliptically polarised light waves IOP Publishing, Quantum Electronics v.52 (2) 137 – 143 (2022) (год публикации - 2022)
10.1070/QEL17974

3. Красионов И.И., Ильичев Л.В Noise-oriented quantum optical gyrometry Kvantovaya Elektronika and IOP Publishing Limited, v.52 p.127 – 129 (год публикации - 2022)
10.1070/QEL00000

4. Занон-Виллет Т., Вилковский Д., Лефевре Р., Тайченачев В.И., Юдин В.И. Generalized hyper-Ramsey-Bordé matter-wave interferometry: Quantum engineering of robust atomic sensors with composite pulses American Physical Society, PHYSICAL REVIEW RESEARCH 4, 023222 (2022) (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevResearch.4.023222

5. Томилин В.А., Ильичев Л.В. ДЕКОГЕРЕНЦИЯ КОНДЕНСАТА В ГИБРИДНОМ АТОМАРНО-ОПТИЧЕСКОМ КВАНТОВОМ ГИРОСКОПЕ ЖЭТФ, ЖЭТФ, т. 162 стр.331 (год публикации - 2022)
10.31857/S004445102209005X

6. Занон-Виллет Т., Вилковсикий Д., Леферве Р., Тайченачев А.В., Юдин В.И. SU(2) hyper-clocks: Quantum engineering of spinor interferences for time and frequency metrology APS, PHYSICAL REVIEW RESEARCH v.4, 023117 (2022) (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevResearch.4.023117

7. А. М. Ростом, В. А. Томилин, Л. В. Ильичёв ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ФАЗА КАК ОСНОВА КВАНТОВОЙ ГИРОСКОПИИ ЖЭТФ, ЖЭТФ, т.162, стр. 307 (2022) (год публикации - 2022)
10.31857/S0044451022090024