Лазерный луч работает с атомами

Оптический пинцет используется, в частности, и для выявления различных патогенов.

Атомная физика достигла в наши дни такой изощренной точности, что с помощью ее методов можно датировать артефакты с точностью до… 10 лет! По крайней мере так утверждают сотрудники университета в датском Орхусе. Используя калибровочные данные по радиоуглероду (rC), они определили существование торговых связей между викингами арктической Норвегии и Ближним Востоком. Контакты эти начались в 790 году «плюс-минус» 10 лет. Объектом анализа стали отдельные древесные слои – годовые кольца. Результаты представлены в журнале Nature.

В том же журнале были представлены и столь же точные датировки археологических сайтов Дании и Канады: оказывается, викинги «отметились» в двух местах Ньюфаундленда. Несколько позже физики университета в голландском Гронингне определили присутствие европейцев на острове в 1021 году. А вот чтобы получить ничтожно малые количества вещества для масс-спектрометров, активно применяются лазеры.

Создатели лазера не «удостоились» пока того, что в память о них что-то назовут. Так, например, было с именами Энрико Ферми и Шатьендранат Бозе, в честь которых названы фермионы, например электрон, и бозоны. Скоро исполнится век с того дня, когда один из отцов-основателей квантовой физики Вольфганг Паули сформулировал принцип запрета нахождения на одной орбите двух электронов.

В Институте квантовой оптики Гарчинга, что около Мюнхена, выяснили, что фермионы холодного квантового газа отталкиваются друг от друга, следуя принципу Паули. Это по крайней мере справедливо для атомов лития, уловленных в оптической решетке, создаваемой, естественно, лазером. Авторы полагают, что их работа открывает перспективу получения высокотемпературной сверхпроводимости.

Китайские ученые из Сычуаньского университета вместе с коллегами из сеульского Института науки и технологии, а также римского Центра им. Э. Ферми использовали лазерные пинцеты (tweezers) для извлечения отдельных атомов. Сделано это было в надежде использовать подобную технологию для создания квантового компьютера.

Запрет Паули, которому подчиняются фермионы, а также упоминание бозонов, которые около абсолютного нуля буквально «льнут» друг к другу, обращает внимание к Стандартной модели. В эту модель они входят наравне с другими частицами, в том числе и кварками, составляющими протоны и нейтроны. Однако при всей своей «объемности» Стандартная модель не включает в себя гравитацию, то есть четвертую силу наравне с электромагнетизмом, сильным и слабым взаимодействиями.

Разработчики различных вариантов всеобщей теории поля предлагают включение гравитации, волны которой были предсказаны Эйнштейном в общей теории относительности. С помощью лазерных обсерваторий реальность их возникновения после слияния двух черных дыр была убедительно доказана экспериментально. Сегодня «революционеры», выступающие за изменение Стандартной модели, надеются выявить ничтожно малые отклонения принципа Паули. Если это доказать, то, возможно, гравитацию удастся вписать в Стандартную модель. Подход получил название теста некоммутативной квантовой гравитации (PRD).

ПБелые точки фермионов, «извлеченных» лазерным пинцетом.  Иллюстрации Physorg

Это, однако, не убедило оппонентов Стандартной модели. Многие из них разрабатывают квантовую теорию струн (ничтожно малые «нити» энергии, существующие буквально на квантовых расстояниях). Практически полное отсутствие следов излучений в аппенинском эксперименте, приходящих из внеземного пространства, не обескуражили противников Стандартной модели.

Это напоминает ситуацию с пятой силой Л. Этвеша, которую тоже усиленно ищут (кстати, его именем названа единица градиента силы тяжести). Венгерский барон считал, что наряду с силой тяготения существует и сила отталкивания. Сегодня установлено, что Вселенная расширяется, причем с ускорением (accelerated expansion). Удерживает «разбегание» галактик только темные материя и энергия. Еще в начале ХХ века классические физики утверждали, что в их науке все уже открыто, и делали они это как раз накануне рождения квантовой механики.