Новости науки | ||
10.05.01 Накопительное кольцо для нейтральных молекул | ||
Накопительные кольца стандартный метод удержания
ионов и заряженных элементарных частиц.
Оказывается, этот метод может быть с успехом использован
и при манипулировании нейтральными частицами, в частности, молекулами.
Технология "отлова" и охлаждения
нейтральных атомов оптическими и магнито-оптическими
методами стремительно развивалась на протяжение последних
нескольких лет, что привело к наблюдению целого ряда
важных физических явлений.
Казалось бы, аналогичные методы должны работать и для
поимки и манипулирования нейтральными молекулами.
Однако из-за намного более сложной структуры
энергетических уровней молекул управление ими с помощью света
оказалось значительно более трудной задачей.
Это заставило исследователей искать иные способы
воздействия на нейтральные частицы.
Хранение и управление нейтральными частицами в переменных
электрических и магнитных полях явилось одной из таких возможностей.
Идея эта, конечно же, не нова. В частности,
технология удержания и ускорения нейтронов магнитными
полями насчитывает уже десятки лет.
Однако проблема удержания, ускорения и замедления нейтральных
дипольных молекул стала рассматриваться лишь недавно.
Например, лишь в течение последних лет появилось сообщение об экспериментально
достигнутом эффективном замедлении нейтральных молекул
переменным электрическим полем
[H.L.Bethlem et al., Phys.Rev.Lett. 83, 1558 (1999)]
с последующим захватом молекул электростатической ловушкой
[H.L.Bethlem et al., Nature 406, 491 (2000)].
В свежей работе этой же исследовательской группы
[H.L.Bethlem et al., Nature 411, 174 (2001)]
сообщается о том, что импульсный пучок нейтральных молекул
инжектировался в накопительное кольцо и удерживался там
достаточно долгое время
(по крайней мере, в течение 6 периодов оборота).
Схема эксперимента показана на Рисунке.
Молекулярный импульсный пучок ND3 выходил
из инжектора, проходил через штарковский замедлитель
и по касательной подавался в накопительное кольцо.
Тороидальное вакуумное накопительное кольцо содержало 6 кольцевых
проводов со специально подобранными напряжениями, так что
электрическое поле в пространстве между ними оказывало
на нейтральные молекулы необходимую центростремительную
силу и заставляло их вращаться по круговым орбитам.
Поскольку силы, оказываемые электрическим полем на
дипольные нейтральные молекулы, довольно малы,
достигнутые в эксперименте поля в 10 кВ/см все же
были недостаточны для удержания на орбите молекул со
скоростями порядка 275 м/с, получаемых непосредственно
из инжектора. Надежное удержание происходило
для молекул со скоростями от 76 м/с до 110 м/с; именно
для "гашения" скоростей молекул до этих значений
и использовался штарковский замедлитель.
Контроль за свойствами и эволюцией молекулярного пучка
в накопительном кольце осуществлялся с помощью лазерной
ионизации небольшой доли пучка и последующим детектированием ионов.
Было обнаружено, что разброс скоростей молекул в каждом сгустке
составлял 4-5 м/с, что отвечает температуре около 10 мК.
Кроме того, при оптимальной скорости пучка каждый сгусток
"живет" в накопительном кольце по крайней мере в течение 6 оборотов
вокруг кольца.
В целом, работа демонстрирует все методики, необходимые
для полноценного удержания, манипулирования и мониторинга
импульсных пучков нейтральных дипольных молекул.
Ожидается, что в рамках этой схемы окажется возможным
удерживать сразу несколько типов молекул одновременно,
в том числе и для вращающихся навстречу друг к другу пучков.
Это позволит изучать молекулярную спектроскопию
с высоким разрешением, динамику столкновения холодных
молекулярных пучков, коллективные квантовые эффекты.
| ||
|