На фото: лаборатория QUANTOP
Ученые из исследовательского центра QUANTOP (Center for Quantum Optics)в Институте Нильса Бора Копенгагенского университета сконструировали атомный магнетометр, который обладает самой большой чувствительностью, еще допускаемой законами квантовой механики. Такие магнетометры можно использовать для измерения электрической активности человеческого мозга и сердца. Результаты исследования опубликованы в «Physical Review Letters».
Максимальная чувствительность любого измерения определяется законами квантовой механики. Эти законы, которые актуальны на атомном уровне, становятся существенными и для более крупных объектов, так как чувствительность измерений увеличивается с развитием новых технологий.
Атомы обладают фундаментальным свойством – спином, который наделяет их магнитными свойствами и делает чувствительными к магнитным полям, поэтому их можно использовать в качестве магнитных сенсоров. Но каждый из атомных спинов имеет квантовую неопределенность, которая накладывает фундаментальное ограничение на самые маленькие внешние магнитные поля, к которым чувствителен атом.
Обычные атомные магнетометры состоят из большого количества атомов, так как общая чувствительность миллиардов атомов намного больше, чем у отдельного атома. Но с другой стороны, в этом случае намного сложнее достичь предела чувствительности, который накладывает квантовая механика.
Атомный магнетометр QUANTOP обладает самой большой чувствительностью. Мы хотели, чтобы наш метод позволил подавлять не только источники технических ошибок, такие как флуктуации магнитного поля, связанные с общественным транспортом, радиоволнами и другими помехами, но и ошибки чисто квантово-механического происхождения, объясняет профессор Юджин Ползик (Eugene Polzik), директор QUANTOP.
В результате магнетометр смог измерить в секунду поле, которое в сто миллиардов раз слабее магнитного поля Земли. Его можно использовать для различных целей, где есть электрический ток, а значит, и магнитное поле.
Измерения магнитных полей могут выявить информацию об электрической активности человеческого мозга и сердца, химическую идентификацию некоторых атомов, например, взрывчатых веществ, или просто указать на наличие или отсутствие металла.
Новый квантовый магнетометр работает при комнатной температуре, это хорошая альтернатива дорогим коммерческим сверхпроводящим магнетометрам (Squids). У него такая же чувствительность, но устройство более простое и дешевое, объясняет Ползик.
Quantum Noise Limited and Entanglement-Assisted Magnetometry. W. Wasilewski, K. Jensen, H. Krauter, J. J. Renema, M. V. Balabas, and E. S. Polzik. Phys. Rev. Lett. 104, 133601 (2010).
http://www.nbi.ku.dk/english/news/news10/record_measurement_of_extremely_small_magnetic_fields/