Создан особо чувствительный метод спектроскопии

Учёные во главе с Юн Ванем (Yong Wan) из Физико-технического федерального ведомства (Германия) представили принципиальной новый метод спектроскопии — на отдаче фотонов.

Эксперимент был выполнен с парой близких взаимодействующих ионов — кальция и магния. Оба отталкивались друг от друга из-за своих электрических зарядов, но их удержание ионной ловушкой не давало им разлететься.

Учёные, намеревавшиеся получить в опыте информацию об ионе кальция, использовали для этого поведение второго (вспомогательного) иона магния. Когда пару ионов обстреливали короткими лазерными импульсами, если у них была подходящая частота, фотоны лазерного пучка поглощались, после чего ион испытывал колебания более сильные, чем до обстрела. Ион кальция как бы «ощущал» отдачу во время этой фотонной обработки, а поскольку он влияет на соседний ион магния, тот колеблется одновременно с ним.

Сначала ионы охлаждаются, затем лазерный импульс возбуждает ион кальция (показан красным), а от его колебаний приходит в движение ион магния (синий), используемый для особо чувствительной спектроскопии первого иона. (Иллюстрация PTB.)

Контролировать интересующий нас ион магния в такой схеме чрезвычайно тяжело, да и наблюдать непросто, поэтому наблюдение за поведением соседнего, казалось бы, ненужного нам иона куда более многообещающе. Почему? В ранних методиках такого рода, чтобы получить чёткий сигнал от иона кальция (и любого другого), его нужно было обстрелять тысячами фотонов. Новая же техника требует их едва ли не десяток и является значительно более чувствительной; в отдельных же случаях может быть обнаружено воздействие даже одного фотона.

В итоге удалось измерить частоты определённых переходов иона кальция до 88 кГц, сделав это на порядок точнее, чем при любых предшествующих экспериментах.

Что особенно важно, таким методом можно изучать процессы изменения состояния ионов, находящихся в возбуждённом состоянии всего несколько микро- или даже наносекунд — то есть исследовать исключительно быстротекущие явления, которые происходят с атомами и молекулами, включая те, что астрономы обнаруживают в далёком космосе. Скажем, измерения, касающиеся параметров света древних квазаров, теперь можно будет с высокой точностью сравнить со светом сегодняшнего происхождения и тем самым выявить наличие или отсутствие изменений в постоянной тонкой структуры Вселенной.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications.

Подготовлено по материалам Физико-технического федерального ведомства.

Рейтинг публикации:

0

Комментарии (0) | Распечатать

Добавить новость в: