Одна из основных целей, к которой в последние годы упорно стремились многие исследовательские группы, работающие с газами при сверхнизких температурах, достигнута: ученые смогли наблюдать Бозе-конденсацию молекул из атомов-фермионов.

О важности полученного результата свидетельствует хотя бы быстрота публикации: статья [1], о которой пойдет речь ниже, была получена редакцией журнала Physical Review Letters 27 ноября этого года, а стала доступна в электронном виде уже 15 декабря (это сопоставимо со скоростью публикации нашумевших на весь мир работ по "остановке света" ). О напряженности конкурентной борьбы в этой области говорит тот факт, что "к финишу" практически одновременно пришло несколько групп, и первая работа была опубликована в журнале Science месяц назад. В минувшем году наметилось существенное продвижение вперед в этой области, и было понятно, что достижение заветной цели не за горами. Об одной из работ, свидетельствующих, что желаемый результат вот-вот будет достигнут (и о том, зачем это нужно), не так давно писали и мы .

Рис.1. Изображения атомного облака по мере уменьшения температуры (слева направо): слева изображено облако до начала Бозе-конденсации, справа - основная часть молекул в облаке находится в конденсате.

Одна из групп, добившихся успеха, - это группа Вольфганга Кеттерле, получившего два года назад Нобелевскую премию за достижение бозе- эйнштейновской конденсации в разреженных газах щелочных металлов и за ранние исследования свойств конденсата . Об интенсивности труда ученых из Массачусетского технологического института (авторов [1]) говорят следующие цифры: в период с 2000 по сей момент Кеттерле с соавторами опубликовал 26 статей только в журнале Physical Review Letters, а также несколько работ в Nature и Science.

Охлаждение атомов ⁶Li проводилось по схеме, схожей с той, что использовалась в упомянутой выше новости. Начав с охлаждения смеси бозонов Na и фермионов ⁶Li в магнитной ловушке, исследователи получили примерно 35 миллионов атомов ⁶Li (в состоянии |F = 3/2, m_F = 3/2>), которые были перемещены в дипольную оптическую ловушку. Для создания оптической ловушки использовался сильно сфокусированный луч лазера (длина волны 1064 нм, мощность - 7 Вт, глубина потенциальной ямы для атомов составляла примерно 650 мкК). При наличии притяжения между атомами в охлажденном до сверхнизких температур газе могут образовываться двухатомные молекулы, а использование магнитного поля позволяет менять характер взаимодействия между атомами. Исследователи работали с магнитным полем 770 Гс, при котором при низких температурах выгодно образование слабо связанных (энергия связи порядка 2 мкК, характерный размер молекулы, полученный из экспериментальных оценок - 100 нм) молекул ⁶Li₂.

После перегрузки атомов в оптическую ловушку ученые уменьшали мощность лазера более чем в 1000 раз - таким образом происходило охлаждение газа (более высокоэнергетичные атомы при этом покидали ловушку, что и приводило к понижению температуры газа). Для молекул глубина потенциальной ямы примерно в два раза глубже, чем для атомов, поэтому в основном облако покидали атомы. Получая изображения облака охлажденных атомов (за счет резонансного поглощения света) при различных условиях (манипулируя магнитным полем), исследователи могли фиксировать наличие в ловушке либо несвязанных атомов, либо атомов и молекул одновременно. Было установлено, что при температурах порядка 2 мкК довольно значительная часть газа находится в форме молекул, а на последних стадиях охлаждения несвязанные атомы практически отсутствуют.

Рис.2. Зависимость доли молекул, находящихся в конденсате, от мощности лазера.

При температуре порядка 600 нК наблюдалось изменение параметров облака, характерное для начала образования Бозе-конденсата (рис. 1). Теоретические оценки для конкретных условий эксперимента дают значение критической температуры в 650 нК, что хорошо согласуется с экспериментом. По мере дальнейшего охлаждения доля молекул, находящихся в состоянии с нулевым импульсом (молекулярном Бозе-конденсате), достигало 75 % (рис .2), а всего в облаке находилось порядка 900000 молекул ⁶Li₂.

Теперь дорога к манипуляции с атомными "куперовскими парами" открыта и не приходится сомневаться, что в ближайшее время будут получены достаточно интересные результаты.

1. M.W.Zwierlein, C.A.Stan, C.H.Schunck et al . Phys.Rev.Lett., v.91, 250401 (2003).

Е.Онищенко