Сверхточные часы

Еще на заре развития описанных выше методов было ясно, что пленение и квантовый контроль отдельных ионов может иметь и далеко идущие практические применения. С одной стороны, глубоко охлажденные одиночные квантовые частицы могут стать сверхчувствительным сенсором внешних возмущений. С другой стороны, использование тех атомных переходов, которые малочувствительны к внешним возмущениям, позволит создать новый сверхстабильный стандарт частоты. Группа Вайнленда сейчас работает, среди прочего, и над этой задачей, используя всё те же плененные ионы. Два года назад, например, они сообщили о создании оптических часов, темп хода которых был измерен с относительной точностью 10^–17. Сейчас в литературе уже обсуждается точность хода на уровне 10^–18 и лучше (см. обзор 2011 года).

Практическая польза от сверхточного стандарта частоты в том, что он позволяет замечать и использовать для практических целей исключительно слабые физические эффекты. Ярким примером тут является еще одна статья группы Вайнленда двухлетней давности, благодаря которой эффект общей теории относительности (!) может найти применение в геодезии и гидрологии (!) благодаря использованию сверхточных атомных часов. Дело тут в том, что, согласно общей теории относительности, время течет по-разному в гравитационном поле разной напряженности. При удалении от поверхности Земли гравитационное поле начинает ослабевать, и поэтому скорость хода часов, расположенных на разной высоте, будет отличаться. Группа Вайнленда сообщает, что ей удалось заметить это расхождение при разнице высот меньше 1 метра!

Такая тесная связь между разными разделами физики и их неожиданный выход на практические приложения — характерная черта современной науки. И если уж говорить о практической пользе фундаментальной физики, то работы нынешних нобелевских лауреатов лишний раз подтверждают справедливость тезиса: с помощью фундаментальной науки мы находим и используем на практике новые природные явления, до которых мы бы просто не смогли догадаться сами, застряв в рамках «инновационных» или «рационализаторских» предложений, основанных на старой физике.

Литература и ссылки:

Ключевые статьи Сержа Ароша:

• P. Goy, J. M. Raimond, M. Gross, and S. Haroche. Observation of Cavity-Enhanced Single-Atom Spontaneous Emission // Phys. Rev. Lett. 50, 1903 (1983).
• W. Jhe,..., S. Haroche. Suppression of spontaneous decay at optical frequencies: Test of vacuum-field anisotropy in confined space // Phys. Rev. Lett. 58, 666 (1987).
• M. Brune,..., S. Haroche. Realization of a two-photon maser oscillator // Phys. Rev. Lett. 59, 1899 (1987).
• M. Brune,..., S. Haroche. Observing the Progressive Decoherence of the «Meter» in a Quantum Measurement // Phys. Rev. Lett. 77, 4887 (1996).
• S. Gleyzes,..., S. Haroche. Quantum jumps of light recording the birth and death of a photon in a cavity // Nature 446, 297 (15 March 2007).
• S. Deleglise,..., S. Haroche. Reconstruction of non-classical cavity field states with snapshots of their decoherence // Nature 455, 510 (25 September 2008).

Ключевые статьи Дэвида Вайнленда:

• D. J. Wineland, R. E. Drullinger, and F. L. Walls. Radiation-Pressure Cooling of Bound Resonant Absorbers // Phys. Rev. Lett. 40, 1639 (1978).
• D. J. Wineland and Wayne M. Itano. Spectroscopy of a Single Mg⁺ Ion // Phys. Lett. A 82, 75 (1981).
• F. Diedrich, J. C. Bergquist, W. M. Itano, and D. J. Wineland. Laser Cooling to the Zero-Point Energy of Motion // Phys. Rev. Lett. 62, 403 (1989).
• C. Monroe,..., D. J. Wineland. Resolved-Sideband Raman Cooling of a Bound Atom to the 3D Zero-Point Energy // Phys. Rev. Lett. 75, 4011 (1995).
• C. Monroe,..., D. J. Wineland. Demonstration of a Fundamental Quantum Logic Gate // Phys. Rev. Lett. 75, 4714 (1995).
• Q. A. Turchette,... D. J. Wineland. Deterministic Entanglement of Two Trapped Ions // Phys. Rev. Lett. 81, 3631 (1998).
• C. W. Chou, D. B. Hume, T. Rosenband, D. J. Wineland. Optical Clocks and Relativity // Science 329, 1630 (24 September 2010).

Полезные ссылки:

• Информация на сайте Нобелевского комитета.
• M. Schirber. Nobel Prize — Tools for Quantum Tinkering // Physics 5, 114 (2012).
• Ion Storage Group, возглавляемая Вайнлендом. Содержит, среди прочего, и PDF-файлы большинства статей группы.
• 2012 Physics Nobel Prize Resources — подборка публикаций С. Ароша и Д. Вайнленда в журналах Американского института физики.
• Cavity quantum electrodynamics — страница группы, изучающей квантовую электродинамику в резонаторе под руководством Сержа Ароша. Там же размещены материалы конференции Atoms, Cavities and Photons, посвященной 65-летию Сержа Ароша, которые содержат интересные обзоры истории развития этой области физики.