Цифровой журнал «Компьютерра» № 35

- Сейчас ЛСЭ работают в диапазоне длин волн от 1 мм до 1 Å, но стоит отметить следующее: большим недостатком ЛСЭ является использование ускорителей. Потому что они большие и требуют радиационной защиты. Для ускорителя необходимо отдельное помещение с толстыми бетонными стенами. Соответственно, это дорогостоящие установки, поэтому, конечно, на тех длинах волн, где работают другие лазеры, использовать ЛСЭ невыгодно и не следует.

Тогда встает вопрос: какие есть диапазоны, «незакрытые» обычными лазерами? Таких диапазона два. Один, естественно, — рентгеновский. Все давно хотели иметь рентгеновский лазер, и вот они его получили в виде ЛСЭ, который построили в Америке в Стэнфордском центре линейных ускорителей. А второй диапазон — это субмиллиметровый.

Оказалось, что на длинах волн от 1 мм и короче (до 10 микрон) тоже нет перестраиваемых лазеров. Есть лазеры, которые создают излучение с некоторыми выделенными длинами волн, а вот перестраиваемых нет, также как и достаточно мощных. И вот этот субмиллиметровый, или (если по частотам) терагерцовый, диапазон тоже оказался полезным и неосвоенным, то есть тем диапазоном, в котором есть смысл работать ЛСЭ, потому что другие лазеры в таком диапазоне сделать невозможно.

- Какие были этапы создания ЛСЭ в ИЯФ СО РАН?

- Мы делали различные модификации магнитной системы ЛСЭ на накопители ВЭПП-3. В процессе работы было предложено несколько вариантов ондуляторов, и те технические решения, которые мы внедрили, используются сейчас и для рентгеновского излучения. То есть, попутно были еще разработаны разные новые типы ондуляторов, которые потом оказались полезными для генерации рентгеновского излучения (спонтанного излучения на накопителях).

После была большая модернизация накопителя ВЭПП-3, и тогда, уже на модернизированном накопителе, был построен новый ЛСЭ, на котором было получено ультрафиолетовое излучение с рекордно короткой (на тот момент) длиной волны. На этой установке мы поставили несколько экспериментов по работе разных модификаций ЛСЭ, а потом эта программа была исчерпана, так как мы сделали почти все, что хотели.

- Какое еще может быть применение у ондулятора?

- Мы поставили интересный эксперимент по наблюдению движения одного электрона в накопителе. Оказалось, что излучение из нашего ондулятора настолько интенсивно, что можно увидеть даже один-единственный электрон.

Тогда мы запустили в накопитель всего один электрон, измерили его координаты в разные моменты времени и построили график зависимости координаты (продольной) электрона от времени. Оказалось, что электрон движется так, как если бы на него действовала некая случайная сила, то есть его движение напоминало броуновское движение частицы в жидкости. Это неудивительно, так и предсказывалось квазиклассической теорией квантовых флуктуаций синхротронного излучения.

Эксперименты с единичным микрообъектом (ионом в специальной ловушке) проводились и раньше. Но в нашем случае на электрон не действовали никакие случайные силы, так как электрон двигался в регулярных полях. Поэтому в нашем случае движение электрона было истинно случайным.

В каком смысле случайным? Когда в начале прошлого века изучали поведение частицы в жидкости, видели, что эта частица движется хаотически. Тогда ученые объяснили, что она так дрожит, потому что отдельные молекулы жидкости ударяют ее, причем молекул много, и движение частицы непредсказуемо, так как мы не видим положения этих молекул. Но если бы мы увидели их, то могли бы предсказать их движение и броуновское движение частицы, помещенной в жидкость. То есть такое движение не является истинно случайным.

В отличие от этого движение электрона в накопителе является истинно случайным, потому что там нет никаких микрочастиц, которые его ударяют, и все начальные условия и поля известны. Когда речь идет о квантовой механике, часто приводят высказывание Эйнштейна «Бог не играет в кости», так вот наш эксперимент — это прямая демонстрация того, что «Бог играет в кости», в том смысле что это истинно случайный процесс: движение электрона мы принципиально не можем предсказать. Причем, оно классическое.

Это никак не связано с квантовыми измерениями, это просто случайная кривая. Так что при помощи хорошего длинного ондулятора, который мы сделали, мы смогли поставить эти эксперименты на накопителе.

- Почему для него нужен специальный ускоритель, и каким он должен быть?

- Еще до того, как мы начали делать эксперименты на накопителе ВЭПП-3, были проведены оценки, которые показали, что в электронном накопителе нельзя получить большую мощность излучения.