Техника - молодёжи 2001-11, страница 9

зящегося в мишени, который будем называть «пробным», в нее одновременно должен поступать второй, более длинный лазерный импульс, выполняющий роль «связного» агента. Образуется трехуровневая система: основной уровень и два подуровня возбуждения атомов натрия, к которым точно подогнаны энергии фотонов пробного и «связного» пучков.

Тонкая настройка обеспечивает резонансное поглощение фотонов пробного пучка атомами среды, переходящими на верхний подуровень, и резонансный индуцированный сброс их фотонами «связного» пучка на нижний подуровень. Действие пучков обратимо: с той же легкостью фотоны «связного» пучка забрасывают атомы натрия с нижнего подуровня на верхний, а фотоны пробного пучка индуцируют их переход в основное состояние. Происходит, казалось бы, бесполезный круговорот атомов по возбужденным состояниям. Все равно, что толочь воду в ступе или зачерпывать ее решетом. Но бесполезен он только на первый взгляд. Это взаимное отрицание пучков и приводит к индуцированной прозрачности среды, а также к торможению и сжатию пробного лазерного импульса.

В эксперименте группы Лин Хау метод ЭСП обеспечил торможение пробного пучка до скорости около 100 км/ч и одновременное сжатие его до 0,1 мм. Первоначально пробный пучок, длительность которого была 3 мкс, имел длину 1 км. Сжатый пучок полностью помещался в газовой мишени, затрачивая на прохождение через нее 12 мкс. Внешне это выглядело как исчезновение луча света при входе в конденсат с последующим выходом через указанное время. При этом интенсивность выходящего пучка заметно падала. ПТИЦА ФЕНИКС. Все, о чем было сказано выше, явилось, в основном, повторением первого эксперимента. Пока ничего принципиально нового. Новое проявилось тогда, когда «связной» лазерный импульс резко выключался. Происходил дисбаланс трех-уровневой системы, и взаимообмен атомов натрия с пробным пучком коренным образом изменялся. Пучок резонансно, то есть крайне активно, взаимодействовал с мишенью и не мог выйти из нее. Пучок пропадал. Память о нем, однако, оставалась в газовом конденсате в виде, как объясняет Лин Хау, застывшего «квантово-когерентного состояния» атомов натрия, которое сохранялось в течение 1 мс, что представляет большое время по сравнению с длительностью самого пучка и его задержкой в конденсате. Световой импульс действительно был остановлен.

Опять никакой мистики. Лазерный луч был просто полностью поглощен в мишени, и выделенная им энергия че-

Поведение лазерных пучков во времени. Цифрами обозначены: 1 — связной пучок; 2 — входящий пробный пучок; 3 — выходящий пробный пучок.

рез некоторое время спокойно перешла бы атомам натрия Мишень, нагревшись, перестала бы быть Бозе-конденсатом — произошла бы обычная диссипация энергии.

Необычное и очень удивительное случилось тогда, когда «связной» лазер был снова включен (через интервал времени в пределах 1 мс) Пробный пучок оживал, как птица Феникс, и снова выходил из мишени! Регенерация светового пучка спустя большое время после его остановки в мишени и является главным научным достижением эксперимента.

ДРЕССИРОВАННЫЙ СВЕТ. На с 6

приведена схема эксперимента, проведенного группой Лин Хау. Два лазерных пучка направлялись одновременно в натриевую мишень (Бозе-конденсат, назначение и свойства которого уже описаны) То, что происходило в натриевом конденсате, фиксировалось двумя детекторами — пластиной изображения, расположенной в средней части установки, и ПЗС-камерой в конце ее. Их данные, показывавшие излучение натрия, пока не приводятся. Более важна информация о лазерных пучках. Они регистрировались двумя фотоэлектронными умножителями (ФЭУ). Для отделения пучков друг от друга они были по-разному линейно поляризованы, а перед каждым ФЭУ стоял свой поляризатор, пропускавший излучение только одного пучка. Остальные детали на схеме — оптические элементы, направляющие пучки на мишень и отводящие их, после мишени, на детекторы. Основные результаты получены по сигналам ФЭУ

На с. 7 показаны временные профили пучков в двух режимах измерения: а) с длительным (не выключенным)

а) !}

/H-.-w

Ф. i I i ?

Ж

-20

20

40

60

80

20

40

60

80

20

40

В)

60

80

1

-20

20

40

В)

I

Щ\

tV.

I

? 2 LS-

60

80

1

-20

20 820 840

860

«связным» лазерным пучком; б) и в) когда он выключался во время прохождения пробного пучка через мишень и вновь был включен через t = 40 мкс и 840 мкс соответственно. В первом режиме пробный импульс, уменьшенный по амплитуде, выходил из мишени, как и ожидалось, через 12 мкс. Когда «связной» пучок выключался, пробный импульс «застревал» в мишени, но снова появлялся на выходе, как только первый включался вновь. Наглядно видна регенерация пробного пучка Видно также, что с увеличением задержки t его амплитуда убывает. Из полученных результатов можно определить время памяти конденсата, то есть тот промежуток времени, через который пробный пучок еще может быть регенерирован. Это время составляло 1—1,5 мс. Память конденсата оказалась долгой, а возможность регенерации достаточно большой.

Варьирование амплитудой и временем включения «связного» пучка показало широкие возможности управлять светом. Выходящий пробный пучок мог сжиматься и растягиваться. При сжатии его амплитуда возрастала. Повторяя выключение—включение «связного» пучка несколько раз за время памяти конденсата, можно было «оживлять» пробный пучок по частям, как бы разрезая его на части и выводя их последовательно друг за другом. Свет вел себя, как послушный дрессированный зверь в цирке, подчиняясь воле человека, и даже выдавал номера, какие не увидишь и на арене.

В этом, наверное, и состоит суть открытия: Бозе-конденсат запоминает информацию о поглощенном пучке, хранит ее достаточно долго и выдает хранимое по команде оператора. «РУССКИЙ СЛЕД». Лин Хау и ее коллеги — не единственные, кому удалось приручить свет. Параллельно и почти одновременно с ними в Гарвардском университете проводила подобные исследования научная группа, руководимая Михаилом Лукиным. В ее составе были и другие наши соотечественники, в недалеком прошлом — студенты МИФИ и физтеха. Результаты, полученные ими, ненамного отличаются от достигнутых в Кембридже: та же индуцированная прозрачность среды (в качестве которой выступал другой щелочной элемент — рубидий), та же тонкая настройка двух лазерных пучков и та же, в конце концов, регенерация пробного пучка. Одно отличие все же было — «русская группа» не так тщательно готовила атомную мишень, не прибегая к сверхглубокому охлаждению. Так как главные результаты обоих групп совпали, можно заключить, что криогенная техника в данном случае не так и нужна.

Публикация М.Лукина и его сотрудников появилась в «Physical Review Letters» через несколько дней после выхода «Nature» со статьей Лин Хау, то есть практически одновременно В комментариях и отзывах, замелькавших в Интернете, появился термин «русская группа», что, конечно же, при

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 11 2001