РЕЗОНАНСНОЕ СВЕТОВОЕ ДАВЛЕНИЕ Л. И. КазанцевСОДЕРЖАНИЕ | 1. Введение 113 2. Силы, действующие на атом в резонасном поле 116 а) Сила, обусловленная спонтанным излучением (117).б) Вынужденное световое давление (117).1) Двойное лучепреломление молекулярного пучка (120); 2) Влияние спонтанного излучения (120).в) Сила смешанного типа (121).3. Ускорение и торможение атомов светом' 122 а) Ускорение атомов в поле встречных волн (123).Изменение частоты поля (123).б) Автофазировка в пространстве скоростей (124).в) Охлаждение атомов светом (124).Охлаждение и нагревание атомов в световом поле за счет столкновений (125).г) Ускорение атомов я-импульсами (126).д) Ускорение атомов двухчастотным полем (127).4. Вынужденный эффект отдачи 128 а) Кинетическое уравнение (128).1) Нерезонансный случай (130); 2) Резонансный случай (131).б) Нагревание атомов немонохроматическим полем (131). 5. Рассеяние атомов светом и проблема разделения изотопов 132 а) Отклонение атомов полем бегущей волны (132).б) Рассеяние атомов в стоячей световой волне (133).1) Импульсный режим рассеяния (135); 2) Селективность рассеяния (135); 3) Рассеяние атомов немонохроматическим полем (136); 4) Другие возможности (136).6. Квантование движения атомов и молекул в электромагнитном поле .... 137 а) Квазиклассический предел (138).б) Непрерывный спектр поглощения в сильном поле (140).в) Квантовый предел (141).7. Коротковолновый лазер, основанный на вынужденном эффекте отдачи . .141 а) Лазер на метастабильных атомах гелия (141).б) Лазер, основанный на эффекте отдачи (142).8. Заключение 143 Цитированная литература 144 1. ВВЕДЕНИЕ
РЕЗОНАНСНОЕ СВЕТОВОЕ ДАВЛЕНИЕ Л. И. КазанцевСОДЕРЖАНИЕ | 1. Введение 113 2. Силы, действующие на атом в резонасном поле 116 а) Сила, обусловленная спонтанным излучением (117).б) Вынужденное световое давление (117).1) Двойное лучепреломление молекулярного пучка (120); 2) Влияние спонтанного излучения (120).в) Сила смешанного типа (121).3. Ускорение и торможение атомов светом' 122 а) Ускорение атомов в поле встречных волн (123).Изменение частоты поля (123).б) Автофазировка в пространстве скоростей (124).в) Охлаждение атомов светом (124).Охлаждение и нагревание атомов в световом поле за счет столкновений (125).г) Ускорение атомов я-импульсами (126).д) Ускорение атомов двухчастотным полем (127).4. Вынужденный эффект отдачи 128 а) Кинетическое уравнение (128).1) Нерезонансный случай (130); 2) Резонансный случай (131).б) Нагревание атомов немонохроматическим полем (131). 5. Рассеяние атомов светом и проблема разделения изотопов 132 а) Отклонение атомов полем бегущей волны (132).б) Рассеяние атомов в стоячей световой волне (133).1) Импульсный режим рассеяния (135); 2) Селективность рассеяния (135); 3) Рассеяние атомов немонохроматическим полем (136); 4) Другие возможности (136).6. Квантование движения атомов и молекул в электромагнитном поле .... 137 а) Квазиклассический предел (138).б) Непрерывный спектр поглощения в сильном поле (140).в) Квантовый предел (141).7. Коротковолновый лазер, основанный на вынужденном эффекте отдачи . .141 а) Лазер на метастабильных атомах гелия (141).б) Лазер, основанный на эффекте отдачи (142).8. Заключение 143 Цитированная литература 144 1. ВВЕДЕНИЕ
Атомы в высоковозбужденных ридберговских состояниях с главным квантовым числом n>>1 обладают большими дипольными моментами, которые растут как n 2 с ростом n [1,2].Благодаря этому электрические поляризуемости ридберговских уровней растут как n 7 и на много порядков превышают поляризуемости атомов в низковозбужденных состояниях.Это особенно привлекательно для создания высокочувствительных квантовых сенсоров постоянных и радиочастотных электрических полей, что было отмечено еще в наших самых первых работах по спектроскопии ридберговских атомов Na в атомном пучке [3][4][5].В настоящее время во всех ведущих странах мира ведутся работы по созданию квантовых сенсоров электрических полей на основе паров атомов щелочных металлов, возбуждаемых в ридберговские состояния в малогабаритных оптических ячейках.При регистрации микроволнового излучения с частотой свыше 1 ГГц используется измерение расщепления одиночного резонанса электромагнитноиндуцированной прозрачности (ЭИП), возникающего при возбуждении атомов в ридберговские состояния [6], на два резонанса за счет динамического эффекта Штарка (эффект Аутлера-Таунса) в поле микроволнового излучения, резонансного переходам между ридберговскими состояниями [7,8].Частоты этих переходов легко варьируются изменением n, так как расстояние между соседними ридберговскими уровнями имеет зависимость n -3 и изменяется от единиц гигагерц для высоких состояний до сотен гигагерц для более низких состояний.Фундаментальная чувствительность регистрации СВЧ-излучения на переходах между ридберговскими состояниями определяется только квантовыми шумами.На основе ридберговских сенсоров могут быть построены как метрологические стандарты измерителей напряженности электрического поля [9], так и высокочувствительные детекторы радиочастотных полей для различных применений [10].В настоящем докладе будет дан краткий обзор состояния дел в мире в области создания квантовых сенсоров постоянных и радиочастотных электрических полей на основе ридберговских атомов.Также будут представлены наши первые экспериментальные результаты по наблюдению резонанса ЭИП в оптической ячейке с атомами Rb, возбуждаемыми по двухфотонной схеме в ридберговское состояние 30S.Работа была поддержана грантом РНФ 23-12-00067 в части двухфотонного лазерного возбуждения ридберговских состояний.
Рассмотрено неупругое рассеяние фотона связанным электроном водородоподобного атома с получением выражения сечения этого процесса, который может происходить как без, так и с изменением энергии фотона за счет атомных переходов. В рамках стандартной диаграммной техники с пропагатором свободного электрона получены общие выражения для амплитуды и сечения процесса. Приводится аргументация правомочности использования этого представления пропагатора при расчете амплитуды в поле ядра. Как сопутствующий результат, в основном приближении по малому «атомному» параметру разложения (Zα) << 1, α = e² / ћc, найдено также выражение матрицы плотности электрона в поле ядра. Показано, что в реальной ситуации при температурах Т << mₑ равновесного поля излучения этим процессом можно пренебречь по сравнению со спонтанным излучением водородоподобного атома, несмотря на меньшую степень параметра (Zα) в его амплитуде. Насколько нам известно, в такой постановке этот достаточно важный вопрос в литературе не обсуждался.
Настоящая публикация представляет собой первую часть дополнений к основному циклу Теории Вселенского Резонанса (ТВР) и включает расширения и углубления фундаментальных статей 1–4.5. В состав входят следующие работы: 1.1. Двоичный код Вселенной: как интерференция создаёт реальность. Реальность построена на двоичной логике интерференции. Узлы и пучности. Стоячая волна как вычисление. Реальность как программа. 1.2. От первой флуктуации до атома: как поле творит реальность. Два механизма творения: рождение в чистом вакууме и каскадный синтез внутри паттернов. Атом как микромодель Вселенной. Энергия как потенциал возбуждения поля. 1.3. Химия как музыка: октавы электронных оболочек и рождение вещества. Электронные оболочки — октавы стоячей волны. Кислоты и щёлочи — нарушения баланса. Таблица Менделеева — каталог резонансных аккордов. 1.4. Архитектура атома: электрон, нейтрон и рост стабильности. Электрон — застывшая энергия. Нейтрон — когерентный стабилизатор. Каждая новая октава добавляет стабильности. Распад — рассеивание стоячей волны. Самосинтез вещества. 1.5. Информационный синтез материи: как частоты создают атом. Первична оболочка, протон — противовес. Зная частоты октав, можно создать любой элемент. Точная настройка позволяет добавлять оболочки без разрушения. 1.6. Энергия как потенциал возбуждения поля. Энергия — не субстанция, а состояние поля. Узел — хранилище потенциала. Передача через резонанс. Формы: свободная, запертая, хаотическая. 1.7. Единая картина реальности: от вибрации к атому и веществу. Связь физики и химии. Атом — стоячая волна переменной геометрии. Пластина Хладни как модель формирования структур. 1.8. Гипотеза модуляционного атома: нейтрон как информационный код, решётка как коллективный резонатор. Нейтрон — модуляция. Протон — несущая. Электрон — отклик. Кристаллическая решётка — коллективный резонатор. Заряд — фаза стоячей волны. Магнит — коллективная ориентация. 2.1. Химия как продолжение физики: единый язык вибраций. Физика и химия — описание одних процессов на разных уровнях. Связь — резонанс пучностей. Реакция — перестройка стоячих волн. 2.2. Растение как резонатор: синтез вещества в живой природе. Фотосинтез — природный аналог информационно-оптического синтеза. ДНК — каскад стоячих волн с программой. Азотфиксация — резонансное разрушение связи. 4.1. Механизм E = mc²: зеркальная коробка, аннигиляция и рождение пар. Детальный разбор формулы на трёх примерах. c² как энергетическая цена запирания единицы массы. 4.5.1. Элемент Пельтье как иллюстрация градиента: работающая схема с точки зрения ТВР. Эффект Пельтье объясняется через изменение амплитуды стоячей волны электрона при переходе через стык двух паттернов с разными резонансными частотами. Теория не претендует на статус строго верифицированной научной доктрины и представляет собой авторскую концептуальную разработку, опирающуюся на известные экспериментальные данные и предлагающую их новую интерпретацию.
Аналитически и численно исследуются спектры резонансов поглощения линейно поляризованной электромагнитной волны произвольной интенсивности при магнитном сканировании на вырожденных переходах атомов с полными моментами уровней J = 1 − J = 1, J = 2 − J = 1 и J = 1 − J = 2. Показано, что в спектрах резонансов поглощения при магнитном сканировании вблизи нулевого магнитного поля на указанных переходах атомов формируются когерентные структуры — резонансы электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИП). Исследованы зависимости параметров резонансов ЭИП от характеристик и типов атомных переходов, величины магнитного поля и интенсивности электромагнитной волны. Определены вклады процессов, формирующих спектры резонансов ЭИП. Показано, что основной вклад в формирование резонансов ЭИП вносит эффект когерентности магнитных подуровней нижнего и верхнего состояний переходов, индуцируемый полем волны линейной поляризации. Установлено, что наиболее узкие резонансы ЭИП с шириной, определяемой константой релаксации нижнего уровня Γn, формируются на вырожденных переходах, содержащих Λ-схемы.
Ранее в [ 3 ], [ 4 ] был выполнен анализ природы квантовых- дифракционных и интерференционных явлений, возникающих при упругом, квазиклассическом (т.е. при высоких относительных скоростях) рассеянии субатомных частиц (атомы, молекулы, ионы и т.д.) на потенциалах отталкивания в области малых углов. Для анализа использовано выражение амплитуды рассеяния в приближении прицельного параметра, представимое разложением в бесконечный ряд Фурье интегралов от фазовых сдвигов парциальных волн и функции Бесселя нулевого порядка, аппроксимирующей полиномы Лежандра [ 4 ]. Слагаемые такого ряда при рассеянии на малые углы “де факто” являются интегралами по путям Фейнмана. С позиций вычисления главных вкладов в интегралы Фейнмана удается интерпретировать процессы, вносящие основные вклады в амплитуду рассеяния на угол : упругое рассеяние по разрешенным классической механикой траекториям; упругое рассеяние по запрещенным классической механикой траекториям- туннелирование частиц на углы -; и упругое рассеяние на малый угол с виртуальным захватом частиц на замкнутые орбиты- квантовое орбитирование. Суммарная амплитуда рассеяния на угол является при этом “квантово запутанной” между данными альтернативами, а также малоугловым дифракционным слагаемым, формирующим в дифференциальных сечениях рассеяния на самых малых углах первый дифракционный пик. В данной заметке проведен анализ того, могут ли в экспериментах с субатомными частицами (атомы, ядра, электроны) среди всех перечисленных альтернатив быть выделены самые редкие события- закручивание частиц полем на виртуальные замкнутые или почти замкнутые орбиты.