Вісник НАН України. 2016. № 7. С. 19-27
https://doi.org/10.15407/visn2016.07.019

СЛЮСАРЕНКО Юрій Вікторович
член-кореспондент НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор,начальник відділу статистичної фізики та квантової теорії поля Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України (ННЦ ХФТІ)
slusarenko@kipt.kharkov.ua

СОТНІКОВ Андрій Геннадійович
кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник відділу статистичної фізики та квантової теорії поля ННЦ ХФТІ
a_sotnikov@kipt.kharkov.ua

УНІКАЛЬНІ ЕФЕКТИ ВІДГУКУ УЛЬТРАХОЛОДНИХ ГАЗІВ АТОМІВ ЛУЖНИХ МЕТАЛІВ У СТАНІ З БОЗЕ-ЕЙНШТЕЙНІВСЬКИМ КОНДЕНСАТОМ НА ЗБУДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИМ ПОЛЕМ

 У статті наведено деякі показові результати, пов’язані з явищем відгуку ультрахолодних квантових газів у стані з бозе-ейнштейнівським конденсатом. Показано, що на основі загального теоретичного підходу, запропонованого авторами, можна послідовно описати уповільнення сигналів не лише оптичного, а й мікрохвильового діапазонів до надзвичайно низьких показників групової швидкості. Явище сильного уповільнення електромагнітних хвиль може бути використане для детектування магнітних полів з високою точністю, дуже якісної фільтрації сигналів та більш детального вивчення особливостей енергетичного спектра атомів. Як іще один яскравий приклад можливого «курйозного» застосування проаналізовано принципову можливість прискорення релятивістських частинок ультрахолодними газами за наявності інверсної заселеності квантових станів.

Ключові слова: бозе-ейнштейнівський конденсат, ультрахолодні квантові гази, уповільнення та фільтрація сигналів, прискорення частинок.

Здатність систем, які складаються з великої кількості частинок із бозе-статистикою, за певних умов перебувати в когерентному квантово-механічному стані (бозе-ейнштейнівський конден- сат — БЕК) була передбачена А. Ейнштейном ще у 1925 р. на основі ідеї Ш. Бозе. За 90 років дослідження, присвячені явищу БЕК, пройшли кілька знакових етапів [1, 2]. Досить тривалий час (майже 70 років після передбачення А. Ейнштейном!) існу- вання такого фізичного об’єкта з дивовижними властивостями, як бозе-ейнштейнівський конденсат, могло бути доведено лише за побічними ознаками, оскільки прямого експериментального спостереження явища не існувало. Наприклад, вважалося, що проявом БЕК на макроскопічному рівні є не тільки експери- ментально спостережені, а навіть застосовані у «народному господарстві» явища надплинності й надпровідності. СЛЮСАРЕНКО Юрій Вікторович — член-кореспондент НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор, начальник відділу статистичної фізики та квантової теорії поля Національ- ного наукового центру «Харків- ський фізико-технічний інститут» НАН України (ННЦ ХФТІ) slusarenko@kipt.kharkov.ua СОТНІКОВ Андрій Геннадійович — кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник відділу статистичної фізики та квантової теорії поля ННЦ ХФТІ a_sotnikov@kipt.kharkov.ua Основний доказ справедливості теоретич- них розрахунків і передбачень — безпосереднє спостереження явища бозе-ейнштейнівської конденсації в газі атомів, став можливим лише в 1995 р. завдяки роботам двох експеримен- тальних груп із США. Команда під керівни- цтвом Еріка Корнелла (E.A. Cornell) і Карла Вімана (C.E. Wieman) з університету Боулде- ра (University of Colorado Boulder) та група Вольфганга Кеттерле з Массачусетського тех- нологічного інституту (Massachusetts Institute of Technology) незалежно одна від одної проде- монстрували цей ефект у парах атомів рубідію [3] та натрію [4]. Слід зазначити, що поставити такі експерименти стало можливим завдяки досягненням техніки лазерного охолодження та полонення атомів, що дозволило отримати необхідні наднизькі температури — порядку сотень нанокельвінів. Упродовж тривалого часу після цього тріум- фу експериментальні дослідження спрямовува- лися переважно на досягнення режимів БЕК в інших фізичних системах — в інших газах ато- мів лужних металів (і не тільки!), молекуляр- них газах і навіть у системах квазічастинок або фотонів у речовині. Крім того, велика кількість досліджень і справжня лавина публікацій екс- периментальних і теоретичних результатів була пов’язана з вивченням і передбаченнями цілої низки унікальних ефектів та явищ, пов’язаних із дивовижними властивостями систем із БЕК, а також із «пророцтвом» відносно майбутнього їх застосування в технічних приладах. На сьогодні, на думку багатьох учених-фі зи- ків, через свої оригінальні властивості конден- сат Бозе-Ейнштейна [1, 2] цілком заслуговує на його визнання як п’ятого особливого стану речовини (після твердого, рідкого, газоподіб- ного та плазми) і навіть включення його до ви- кладання основних понять у загальній системі освіти. Як уже йшлося вище, це зумовлено ці- лою низкою передбачених та нещодавно спо- стережених фізичних ефектів, по в’я за них із властивостями, аналогів яких немає у речови- ни в чотирьох інших станах. Такими ефектами, наприклад, є явища надплинності, надпровід- ності, квантові вихори, стрімкий колапс газів за наявності сил притягання між атомами, що зовні нагадує вибух наднової зорі, але в мікро- скопічних масштабах. На особливу увагу за- слуговують ефекти взаємодії таких систем з електромагнітними полями і насамперед яви- ще сильного уповільнення та «замороження» світла у бозе-ейнштейнівських конденсатах. Ці та інші унікальні феномени ми обговоримо в наступних розділах.

Повний текст (PDF)

Additional uncaught exception thrown while handling exception.

Original

PDOException: SQLSTATE[HY000]: General error: 2006 MySQL server has gone away: SELECT 1 AS expression FROM {variable} variable WHERE ( (name = :db_condition_placeholder_0) ); Array ( [:db_condition_placeholder_0] => cron_last ) in variable_set() (line 1240 of /home/visnyk-nanu/www/includes/bootstrap.inc).

Additional

PDOException: SQLSTATE[HY000]: General error: 2006 MySQL server has gone away: SELECT s.lid, t.translation, s.version FROM {locales_source} s LEFT JOIN {locales_target} t ON s.lid = t.lid AND t.language = :language WHERE s.source = :source AND s.context = :context AND s.textgroup = 'default'; Array ( [:language] => uk [:source] => %type: !message in %function (line %line of %file). [:context] => ) in locale() (line 720 of /home/visnyk-nanu/www/modules/locale/locale.module).


Uncaught exception thrown in shutdown function.

PDOException: SQLSTATE[HY000]: General error: 2006 MySQL server has gone away: DELETE FROM {semaphore} WHERE (value = :db_condition_placeholder_0) ; Array ( [:db_condition_placeholder_0] => 8042496205953ba06406800.78468294 ) in lock_release_all() (line 269 of /home/visnyk-nanu/www/includes/lock.inc).