Физика ультрахолодных атомов в России: актуальные исследования

За последнее десятилетие как за рубежом, так и в России достигнуты значительные успехи в лазерном охлаждении и захвате атомов и ионов. Наибольшее распространение получили схемы с магнитооптическими и оптическими ловушками для нейтральных атомов и с радиочастотными ловушками для ионов, позволяющие достичь температур поступательного движения атомов и ионов ниже 100 мкK. Использование ультрахолодных атомов и ионов, захваченных в ловушки, открывает новые возможности для разнообразных фундаментальных и прикладных исследований в области атомной спектроскопии благодаря отсутствию пролетного и доплеровского уширений и пространственной локализации атомов и ионов в малом объеме. Например, в случае холодных атомов время взаимодействия с зондирующим пробным излучением определяется временем жизни атома в ловушке, которое достигает десятков секунд. При малой плотности атомов ширины некоторых оптических резонансов в атомах могут оказаться меньше долей герца, что позволяет вести речь о создании атомных стандартов частоты нового поколения с относительной неопределенностью менее 10^-18. В то же время при большой плотности атомов резонансы должны испытывать уширения и сдвиги вследствие столкновений и межатомных взаимодействий, поэтому методами лазерной и микроволновой спектроскопии могут исследоваться столкновительные и коллективные процессы в ансамблях холодных атомов. Наконец, холодные атомы и ионы признаны перспективным объектом для создания кубитов квантового компьютера.