В основе атомного лазера лежит так называемый бозе-конденсат. В природе элементарные частицы делятся на два типа: фермионы и бозоны. Фермионы — это строительные блоки вещества, из которого состоим мы. Бозоны совсем другие, например, они могут проходить друг сквозь друга. К бозонам относятся, в частности, фотоны. Однако вести себя как бозоны могут и атомы.

Уникальность бозонов в том, что они могут находиться в одном и том же состоянии в одно и то же время, иначе говоря, могут конденсироваться в когерентную волну. Субстанцию, которая получается из конденсации частиц материи, физики называют бозе-конденсатом, пишет Phys.org.

Обычно атомы трудно заставить синхронизироваться. Загвоздка в температуре — когда вещество нагревается, частицы начинают колебаться, и заставить их вести себя как одно целое практически невозможно. Только при экстремально низких температурах около 273 градусов ниже нуля по Цельсию можно сформировать когерентные волны материи бозе-конденсата.

Когда четверть века назад в лаборатории были созданы первые бозе-конденсаты, появилась возможность создавать атомные лазеры, но они функционировали недолго: после каждого импульса приходилось создавать новый бозе-конденсат.

Команде физиков из Университета Амстердама удалось решить эту проблему.

«В предыдущих экспериментах постепенное охлаждение происходило в одном месте, — рассказал Флориан Шрек, руководитель группы. — Мы решили распределить охлаждение не во времени, а в пространстве: заставили атомы двигаться, пока они проходят через последовательные этапы охлаждения. В конце концов, возникают сверххолодные атомы, которые можно использовать для формирования когерентных волн материи в бозе-конденсатах. Но пока используются эти атомы, новые уже на подходе, чтобы пополнить бозе-конденсат. Таким образом, процесс может продолжаться, по сути, вечно».

Следующая цель ученых — использовать атомный лазер для создания стабильного пучка материи. Если это получится, ничто не встанет на пути практического применения этой технологии, которая начнет играть столь же важную роль, как и обычные лазеры.

Инженеры из США и Канады разработали высокомощную портативную версию квантово-каскадного лазера, способного генерировать терагерцовое излучение вне лабораторных условий. Такое устройство можно будет применять, например, для мобильной диагностики онкологических заболеваний или обнаружения взрывчатки и запрещенных предметов в потоке людей. Эта же технология позволит создать терагерцовые лазеры, действующие при комнатной температуре.