Демон Максвелла упорядочил атомы в трехмерной оптической решетке

Научная библиотека, Новости науки и техники Комментариев к записи Демон Максвелла упорядочил атомы в трехмерной оптической решетке нет

Американские физики упорядочили систему из 50 атомов цезия, помещенных в трехмерную оптическую ловушку, с помощью реального аналога демона Максвелла. В результате энтропия системы уменьшилась почти в 2,5 раза. Ранее ученым удавалось упорядочивать атомы только в одномерных и двумерных решетках. Статья опубликована в Nature, кратко о ней рассказывает раздел журнала News & Views.

Долгое время эксперимент Максвелла считался чисто умозрительным — казалось бы, невозможно построить демона, который умеет сортировать частицы по скоростям. Однако в 2009 году ученым впервые удалось реализовать этот эксперимент на практике, используя в качестве демона систему из двух лазеров. Один из лазеров отталкивает частицы, которые находятся в некотором определенном состоянии, а другой лазер переводит их в это состояние; в результате частицы собираются в одной половине сосуда, и система становится более упорядоченной. Тем не менее, энтропия системы в этих экспериментах уменьшалась незначительно, либо в «охлаждении» участвовало не более четырех частиц. Кроме того, ученым удавалось упорядочить частицы только в одном или двух измерениях.

На этот раз группа исследователей под руководством Дэвида Вайса (David Weiss) добилась гораздо большего успеха — им удалось упорядочить около 50 атомов, помещенных в трехмерную оптическую ловушку, уменьшив при этом энтропию системы почти в 2,5 раза. В оптической ловушке атомы захватываются с помощью двух поляризованных лазеров, которые создают периодический удерживающий потенциал. В этом эксперименте ученые использовали лазеры с длиной волны 839 нанометров, которые создавали решетку с шагом около 4,9 микрометров, и помещали в нее атомы цезия, переведенные в состояние с квантовыми числами l = 4 (орбитальное квантовое число) и m = −4 (магнитное квантовое число). Изначально атомы были случайно распределены по решетке размером 5×5×5, однако в конце эксперимента сжимались в подрешетку размером 5×5×2 или 4×4×3.

тобы перемещать атом по решетке, ученые придерживались следующей последовательности действий. На первом шаге они переводили атом, который требовалось передвинуть, в состояние с квантовыми числами l = 3, m = −3. Затем исследователи поворачивали поляризацию одного из пучков с помощью пластинки λ/4, в результате чего атомы, находящиеся в разных состояниях, смещались в противоположные стороны. После этого ученые переводили передвинутый атом обратно в состояние с l = 4, m = −4 и возвращали исходную поляризацию лазеров. Чтобы «сжать» исходную конфигурацию атомов в подрешетку меньшего размера, физики стабилизировали систему в плоскости xy, находили пустые места в одной из конечных плоскостей и заполняли их атомами из других слоев.

В результате ученым удавалось получить практически полностью заполненные подрешетки

Источник: https://nplus1.ru/news/2018/09/05/3D-Maxwell


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2016
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top