Французские физики во главе с Тьерри Лаэ из Институт оптики осуществили невиданное: они смогли напрямую измерить ван-дер-ваальсовы силы между двумя атомами. С силами Ван-дер-Ваальса люди нередко сталкиваются в повседневной жизни: к примеру, благодаря им под потолком удерживаются пауки и прочие гекконы. Но обычно они очень слабы, и так продолжается до тех пор, пока расстояния не начинают уменьшаться до межатомных масштабов. Чтобы измерить взаимодействие на столь ничтожных расстояниях, до сих пор применялись лишь косвенные методы, включая анализ результирующего воздействия этих сил на макроскопические объекты. Однако прямое их обнаружение никогда до того не удавалось, пишет Physicsworld.com.
Ученые "поймали" два ридберговских атома при помощи лазерного пучка, после чего измерили ван-дер-ваальсову силу как функцию дистанции между ними. При этом, как заявляется, влияние сторонних атомов была сведено на нет. Ридберговские атомы использовались в силу того, что их размер может превышать размер того же самого атома, находящегося в основном состоянии, до миллиона раз — из-за возбуждения внешнего электрона.
Благодаря большому размеру атомы имели очень высокий мгновенный дипольный момент, что придавало им экстремально высокие значения ван-дер-ваальсовых сил. Два рубидиевых атома находились в ловушке, обеспечиваемой парой лазерных лучей, разделенные несколькими микронами расстояния. Обстреливая лазером сами атомы, физики могли либо оставить их в спокойном состоянии, либо довести один или оба атома сразу до ридберговского. Измеряя разницу в дистанциях между атомами в основном и ридберговском состоянии, ученые точно определили искомую силу взаимодействия.
По мере того как расстояние между атомами искусственно менялось, сила отвечала соотношению 1/R6, где R — расстояние между частицами. Именно таким соотношением, по теории, и регулируется сила подобного взаимодействия. Более того, оба атома оказались в состоянии квантовой когерентности, и опробованные экспериментаторами методы контроля позволили полностью управлять их поведением без нарушения такой когерентности.
Подобный результат, возможно, даже более ценен, чем сам факт измерения, ибо он означает, что с использованием относительно небольшого количества ридберговских атомов вполне возможно создать надежный квантовый затвор — нечто, что сейчас удается сделать лишь посредством крайне громоздких и неудобных в управлении ионных ловушек. Отчет об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.
