Лазер, работающий в звуковой среде, даст новые возможности для навигации

Как сообщает портал Interesting Engineering, учёные из Рочестерского университета и Рочестерского технологического института создали лазер, работающий на сжатых фононах. Это устройство может улучшить навигационные системы, делая их устойчивыми к помехам, и способствовать исследованию квантовых явлений, таких как квантовая запутанность.

С момента изобретения в 1960-х годах лазеры значительно расширили возможности науки и техники. Они применяются в медицине, ядерной физике, развлечениях и даже в автоматизации процессов в магазинах. Лазеры, используемые сегодня, управляют фотонами — частицами света. Однако учёные также разработали лазеры, манипулирующие другими фундаментальными частицами. Фононы (кванты энергии согласованного колебательного движения атомов твёрдого тела, образующих идеальную кристаллическую решётку), открывают новые горизонты для исследований в квантовой физике, гравитации и ускорении частиц.

Фононы, будучи квазичастицами, являются результатом квантово-механического описания колебаний упругих структур. Они аналогичны фотонам, которые являются квантами света, но фононы — это кванты звука. Эта концепция была предложена в 1930 году и важна для понимания конденсированных сред. Фононы проявляют свойства как волн, так и частиц, что и делает их квазичастицами.

В 2019 году профессор оптической физики Ник Вамивакас и его команда продемонстрировали фононный лазер. Они использовали оптический пинцет для захвата и удержания фононов в вакууме. Этот эксперимент показал возможности технологии, но также выявил проблему с шумом.

Профессор объяснил, что лазер, несмотря на свою кажущуюся однородность, содержит множество флуктуаций, вызывающих шум. Воздействуя на фононный лазер светом, можно значительно уменьшить эти флуктуации. Исследователи смогли снизить тепловой шум фононного лазера, что позволило проводить более точные измерения ускорения по сравнению с фотонными лазерами или радиочастотными источниками.

Учёные утверждают, что их устройство может быть использовано для высокоточных измерений гравитации и других взаимодействий. Это может привести к созданию квантовых компасов, не зависящих от спутников и устойчивых к помехам.

Фононные лазеры также перспективны для изучения квантовых состояний с помощью высокочастотных акустических колебаний. Это открывает возможности для разработки квантовых сенсоров и вычислительных систем.

Кроме того, такие лазеры могут стать источниками поверхностных акустических волн (ПАВ) для управления микросхемами. Устройства на их основе будут компактнее, быстрее и энергоэффективнее по сравнению с радиочастотными аналогами.

Звуковые волны эффективнее распространяются через водные среды, чем свет. Поэтому фононные лазеры могут найти применение в создании точных ультразвуковых изображений и потенциально неинвазивных методов лечения.

Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

По материалам открытых источников