Ученым удалось создать зеркало из одного атома

В процессе опыта исследователи из университета Инсбрука (Universität Innsbruck) неожиданно для себя представили в роли эффективного зеркала единичный атом. Этот прецедент может стать основой быстрых оптических процессов и построения оптических манометрических элементов.

Разберем это поподробнее: из атомов состоит любое зеркало, из чего следует, что каждый атом может быть зеркалом, однако отражать способен меньше одного процента света. Для создания зеркала с единичным атомом нужны исключительные условия, которых достичь очень сложно.

Устройство (аналог интерферометра Фабри - Перо), с помощью которого исследователи провели опыт в своем классическом варианте, представляет собой два зеркала, стоящих друг напротив друга. На внешнюю сторону одного из зеркал направляют луч, который начинает просачиваться в пространство между зеркалами. После этого, оказавшись между этими зеркалами, луч начинает многократно отражаться, в этот период малое количество фотонов проникает сквозь второе зеркало в детектор.

Предположим, что длина волны равна расстоянию между зеркалами, тогда колебания луча, который проходит в пространстве между зеркалами, суммируются, значительно увеличивая его яркость. Если эти условия нарушены, то яркость луча намного уменьшается.

Ученые решили заменить одно из таких зеркал ионом бария – единичным атомом. Находясь в электронной ловушке, атом охлаждался при помощи дополнительного лазерного луча. В итоге от охлаждения атом отклонился от центра ловушки на расстояние, не превышающее 20 нанометров. При этом второе зеркало от атома находилось в четырнадцати миллиметрах.

Исследователи смогли перевести атом – ион в возбужденное состояние путем подстроения частоты пробного луча. После этого они решили посмотреть, как свет станет проникать между зеркалами, если меняется расстояние между ними. Итоги показали, что единичный атом работает, как зеркало, а устройство, хотя и не совершенно, но вполне аналогично интерферометру Фабри - Перо.