Новости науки | ||||
07.06.02. Элементарные возбуждения бозе-конденсата и компьютерная томография | ||||
“Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать” - схожим
принципом руководствуются не только обычные люди, но и ученые, предпочитающие исследовать
явление непосредственно, а не судить о нем по косвенным признакам. Группе ученых из Израиля
удалось непосредственно определить импульс и энергию элементарных возбуждений бозе-
конденсата, используя для обработки изображений атомного облака компьютерную томографию.
Одной из особенностей бозе-конденсата является линейный, а не параболический закон
дисперсии элементарных возбуждений (для достаточно низкоэнергетичных возбуждений); с
линейностью закона дисперсии связано явление сверхтекучести. Сами (длинноволновые)
элементарные возбуждения являются многочастичными возбуждениями (фононами - см. об этом в
нашей новости ), а
высокоэнергетичные возбуждения - просто свободные частицы (атомы).
Существует стандартная методика методика возбуждения в бозе-конденсате фононов с
заданным импульсом - с помощью двухфотонного вынужденного комбинационного рассеяния
света. Фононы возбуждаются двумя пересекающимися под углом лазерными лучами (рис.1),
слегка отстроенными по частоте от одного из оптических переходов атома бозе-конденсата.
Различие частот этих лазерных лучей (w на рисунке; эта
величина на несколько порядков меньше величины “отстройки” от частоты атомного
оптического перехода) определяет импульс возбуждаемых квазичастиц: фотон, поглощенный из
одного луча, переизлучается в другой, при этом происходит возбуждение фонона с импульсом q в
конденсате ( рис.1). При выключении ловушки квазичастицы превращаются в свободные частицы
и эти атомы, обладающие большей энергией, покидают “основное” атомное облако и, таким
образом, происходит естественное выделение этой части атомов, что дает возможность (в том
числе и применяя различные ухищрения - см. новость от 26.02.02 ), исследовать возбуждения
бозе-конденсата.
Получить изображение атомных облаков, наблюдая резонансное поглощение света, легко,
однако такая фотография не дает представления о трехмерном распределении атомной плотности.
Для восстановления этой информации по одному изображению исследователи из Вейцмановского
института применили компьютерную томографию [2]. В их экспериментах в бозе-конденсате
атомов 87Ru ( примерно 105 атомов) с помощью стандартной методики
возбуждались фононы; через 38 мс после выключения ловушки получалось изображение атомных
облаков, которые обрабатывались с помощью компьютерной томографии (при обработке
использовалась только исходная цилиндрическая симметрия атомного облака). Также
обрабатывалось изображение невозбужденного бозе-конденсата, полученное через 38 мс после
выключения ловушки. Восстановив трехмерную атомную плотность, ученые получили
возможность непосредственно определить энергию и импульс, переданные при
возбуждении бозе-конденсату (для этого не требовалось привлекать никаких дополнительных
сведений типа разности частот двух лазерных лучей). Меняя w
, исследователи смогли напрямую промерить закон дисперсии для элементарных
возбуждений (рис.2).
Сам по себе экспериментальный результат (линейный закон дисперсии), хотя и получен
практически напрямую, все же не является новым, но применение компьютерной томографии для
исследования бозе-конденсата, безусловно, может оказаться весьма перспективным - он может
позволить определять распределение атомной плотности в самых различных случаях, например,
для разных типов возбуждений бозе-конденсата, при интерференции двух кондесатов и т.д.
1. D.M.Stamper-Kurn, A.P.Chikkatur, A. Goerlitz et al. Phys.Rev.Lett., v.83, 2876 (1999).
2. Roee Ozeri, Jeff Steinhauer, Nadav Katz, and Nir Davidson. Phys.Rev.Lett., v.88, 220401 (2002).
| ||||
|