По атомному радио физики впервые передали музыку

Вместо антенны в построенном радио используются ридберговские атомы, просвечиваемые двумя парами лазеров

По атомному радио физики впервые передали музыку

Американские физики построили первое атомное радио и передали на него стереофоническую музыкальную композицию с помощью АМ-радиоволны.

Вместо антенны в построенном радио используются ридберговские атомы, просвечиваемые двумя парами лазеров. Не считая небольших помех, напоминающих потрескивания виниловой пластинки, принятый радиосигнал оказался довольно чистым. Статья опубликована в AIP Advances.

Физики называют ридберговским атомом сильно возбужденный атом, внешний электрон которого поднялся на очень высокий энергетический уровень. Как правило, главное квантовое число (грубо говоря, номер) такого уровня n ~ 100. Как легко догадаться, свойства ридберговского атома сильно зависят от числа n. Например, время их жизни растет как n3, дипольный момент — как n2, а поляризуемость — как n7. Другими словами, чем сильнее возбужден ридберговский атом, тем дольше он живет и тем острее чувствует внешнее электрическое поле. Кроме того, вместе с числом n растет радиус отдельного атома (R ~ n6) и характерная длина взаимодействия двух атомов (L ~ n4). Например, радиус атома водорода с n = 1000 составляет примерно 0,1 сантиметра, а время его жизни достигает одной секунды.

Теоретически эти свойства позволяют превратить ридберговские атомы в чувствительные приемники электромагнитных волн. В самом деле, благодаря большому дипольному моменту такие атомы должны очень хорошо чувствовать слабые изменения электрического поля, которые сопровождают электромагнитную волну. Следовательно, если постоянно следить за состоянием атома — например, подсвечивая его лазером, — можно восстановить амплитуду волны и сигнал, который она переносит.

Впервые идею такой установки, которую впоследствии назвали атомным радио, предложила в 2014 году группа физиков под руководством Кристофера Холлоуэя (Christopher Holloway). С тех пор ученые постепенно улучшали ее параметры — например, в начале этого года исследователи научились измерять фазу радиоволны, падающей на атомный газ. До сих пор эти исследования носили строго академический характер, но теперь ученые построили настоящее атомное радио, с помощью которого можно слушать музыку и радиопередачи. Более того, физики добавили в свое радио поддержку стереофонического звука, разные каналы которого переносятся AM-радиоволнами с разной несущей частотой.

В основе построенного радио находится полость, заполненная ридберговскими атомами и просвечиваемая двумя лазерами с разной длиной волны. Один из лазеров («связывающий») обеспечивает когерентность атомов приемника, а второй лазер («зондирующий») извлекает из него информацию. Благодаря правильной настройке «связывающего» лазера в состоянии покоя атомы приемника прозрачны для «зондирующего» лазера. При этом прозрачность достигается только в узком диапазоне частот, поэтому «зондирующий» лазер должен быть очень чистым. Если же сквозь приемник проходит радиоволна, спектр поглощения атомов смещается, и лазерное излучение начинает поглощаться. Чем больше амплитуда волны — тем сильнее потери. Следовательно, такая полость работает как приемник, принимающий AM-волны с определенной несущей частотой.

Наконец, чтобы добиться эффекта стереозвука, ученые заполнили полость сразу двумя типами ридберговских атомов, каждый из которых независимо работал со своим «связывающим» и «зондирующим» лазером. В качестве таких атомов физики выбрали цезий-133 и рубидий-87, которые принимали волны с несущей частотой 19623 и 20644 герц соответственно. Сигналы от «зондирующих» лазеров ученые подавали на компьютер и обрабатывали с помощью бесплатной программы Audacity.

Чтобы проверить работу построенного стереофонического AM-радио, ученые передали на него импровизированную мелодию в ля-миноре, исполненную на двух гитарах (электрической и акустической со звукоснимателем). Снятые с гитар сигналы ученые направили на усилители, преобразовали к амплитудно-модулированному виду с помощью генераторов сигналов и транслировали с помощью двух рупорных антенн. Сигнал акустической гитары транслировался на частоте 19623 герц, сигнал электрической гитары — на частоте 20644 герц. Обе антенны находились на расстоянии около 15 сантиметров от полости, заполненной ридберговскими атомами.
Как утверждают ученые, качество восстановленного сигнала оказалось вполне приемлемым: несмотря на небольшие помехи, напоминающие потрескивания виниловой пластинки, музыка была очень четкой. Запись музыки, как и саму статью, физики выложили в открытый доступ, поэтому их слова можно легко проверить.

Авторы статьи надеются, что их «развлекательная» работа, посвященной музыке, покажет людям, что квантовая физика может быть не только сложной, но и интересной. Возможно, их исследование привлечет в науку новых ученых, которые разработают более совершенные квантовые устройства. Также физики восхищаются тем, какой путь проделала наука об удержании ансамблей атомов: всего двадцать лет назад ученые впервые поймали в лазерную ловушку бозе-конденсат, а сейчас с помощью похожих установок можно записывать звук.

Источник: N+1

Подписывайтесь на канал «Хвилі» в Telegram, на канал «Хвилі» в Youtube, страницу «Хвилі» в Facebook

Последние новости
У Лукашенко сделали странное заявление по евроинтеграции Украины

У Лукашенко сделали странное заявление по евроинтеграции Украины

МИД Беларуси прокомментировало стремление Украины к вступлению в ЕС
Украинцы смогут увидеть уникальный звездопад Леониды

Украинцы смогут увидеть уникальный звездопад Леониды

Стало известно, когда жители Украины увидят впечатляющее природное явление
Украина выполнила все условия России для «нормандского саммита» — Пристайко

Украина выполнила все условия России для «нормандского саммита» — Пристайко

Глава МИД Украины заявил о выполнении всех требований России для встречи "нормандской четверки".
Продажи квартир в Киеве резко упали: что происходит с первичкой

Продажи квартир в Киеве резко упали: что происходит с первичкой

Средние показатели продаж нового жилья снизились на 20-50%.
Арахамия отреагировал на внезапную «любовь» Коломойского к России

Арахамия отреагировал на внезапную «любовь» Коломойского к России

Глава фракции "Слуга народа" прокомментировал неожиданное заявление Коломойского о МВФ и России
Китай запустил спутник для зондирования Земли

Китай запустил спутник для зондирования Земли

Спутник компании Changguang Satellite Technology войдет в группировку из 13 ранее запущенных спутников Цзилинь-1.
Украина имеет ключевую геополитическую важность для Европы – Варгеи

Украина имеет ключевую геополитическую важность для Европы – Варгеи

Кандидат в еврокомиссары Оливер Варгеи отметил важную роль Украины для Европы.
Трамп опубликует стенограмму разговора с Зеленским

Трамп опубликует стенограмму разговора с Зеленским

Трамп пообещал опубликовать стенограмму скандального звонка президенту Украины
Google займется открытием банковских счетов

Google займется открытием банковских счетов

Компания Google выйдет на рынок финансовых услуг.
Трамп назвал свой импичмент мошенничеством

Трамп назвал свой импичмент мошенничеством

Трамп считает импичмент самым большим мошенничеством в истории политики США.
Эксперт рассказал, что будет с ценами на продукты

Эксперт рассказал, что будет с ценами на продукты

В Украине ожидается рост цен на продукты
Найден неизвестный вирус в организме человека

Найден неизвестный вирус в организме человека

Новый вирус найден в физиологической жидкости человека.
Баканов прокомментировал скандал вокруг доплат в конвертах у “Слуг народа”

Баканов прокомментировал скандал вокруг доплат в конвертах у “Слуг народа”

Глава СБУ не давал указания разыскивать Джокера, с которым вел переписку Тищенко
На рынок Украины выходит смартфон Xiaomi Redmi Note 8T: цена и характеристики

На рынок Украины выходит смартфон Xiaomi Redmi Note 8T: цена…

Стали известны основные данные о новинке от Xiaomi — телефоне Redmi Note 8T
Рада сегодня планирует принять Госбюджет-2020

Рада сегодня планирует принять Госбюджет-2020

Бюджет на 2020 год могут принять уже в четверг.
Пентагон отказывается расследовать задержку военной помощи Украине

Пентагон отказывается расследовать задержку военной помощи Украине

Расследование Пентагона может вмешаться в расследование импичмента Трампа.
Эрдоган назвал условия покупки американских ракет Patriot

Эрдоган назвал условия покупки американских ракет Patriot

Турция готова купить американские ракеты, если будет выгодное предложение.
Опровергнут миф о появлении разума у предков человека

Опровергнут миф о появлении разума у предков человека

Человекообразные обезьяны демонстрируют самый высокий интеллект среди всех животных.
В России студент колледжа расстрелял однокурсников: есть жертвы

В России студент колледжа расстрелял однокурсников: есть жертвы

Студент пронес в здание ружье и открыл огонь по одногруппникам. После он покончил с собой.
Туск оставил жесткое послание Макрону по Украине

Туск оставил жесткое послание Макрону по Украине

Туск заявил, что не будет суверенной Европы без независимой Украины.
Facebook впервые рассказал, что удаляет из Instagram

Facebook впервые рассказал, что удаляет из Instagram

Контент Instagram, нарушающий политику социальной сети, удаляется.
«Не будь дураком»: Эрдоган вернул Трампу его письмо

«Не будь дураком»: Эрдоган вернул Трампу его письмо

Эрдоган рассказал, что был огорчен письмом президента США.
Зеленский был бы слабее на переговорах с Россией без военной помощи США — Тейлор

Зеленский был бы слабее на переговорах с Россией без военной…

Президент Украины заинтересован в поддержке США, заявил Тейлор.
Труба сообщил о новом повороте в деле о бракованных бронежилетах

Труба сообщил о новом повороте в деле о бракованных бронежилетах

Зная о плохом качестве бронежилетов генерал-майор Минобороны Дмитрий Марченко дал добро на дальнейшую их закупку
Путин согласится на переговоры, когда Зеленский будет в отчаянии, — NYT

Путин согласится на переговоры, когда Зеленский будет в отчаянии, —…

Путин специально затягивает встречу с Зеленским, чтобы добиться игры по своим правилам
Доллар рекордно обвалился: чего ждать от курса валют

Доллар рекордно обвалился: чего ждать от курса валют

Эксперты рассказали, каким будет курс доллара до конца года
Ученые выявили на Марсе необъяснимый процесс

Ученые выявили на Марсе необъяснимый процесс

На планете Марс обнаружено явление, которое не поддается объяснениям
Романенко рассказал, что стоит за пророссийскими заявлениями Коломойского

Романенко рассказал, что стоит за пророссийскими заявлениями Коломойского

Россияне используют олигарха в своих личных политических целях
Украинцам показали цены на новогодние елки

Украинцам показали цены на новогодние елки

В Госагенстве лесных ресурсов рассказали, сколько будут стоить елки в этом году
В МИД России недовольны патрулированием Нацгвардии на участках разведения

В МИД России недовольны патрулированием Нацгвардии на участках разведения

В России озвучили негативные последствия патрулирования украинской Нацгвардии в зоне разведения сил
Читай также
Последние новости

У Лукашенко сделали странное заявление по евроинтеграции Украины

Украинцы смогут увидеть уникальный звездопад Леониды

Украина выполнила все условия России для «нормандского саммита»…

Продажи квартир в Киеве резко упали: что происходит…

Арахамия отреагировал на внезапную «любовь» Коломойского к России

Китай запустил спутник для зондирования Земли

Украина имеет ключевую геополитическую важность для Европы –…

Трамп опубликует стенограмму разговора с Зеленским

Google займется открытием банковских счетов

Трамп назвал свой импичмент мошенничеством

Эксперт рассказал, что будет с ценами на продукты

Найден неизвестный вирус в организме человека

Баканов прокомментировал скандал вокруг доплат в конвертах у…

На рынок Украины выходит смартфон Xiaomi Redmi Note…

Рада сегодня планирует принять Госбюджет-2020