Исследователи международной группы, работавшей в Институте Пауля Шеррера, впервые экспериментально зафиксировали оптический эффект Магнуса на атомном уровне. Для этого ученые сфокусировали лазерный луч на одном ионе и изучили его взаимодействие со светом. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Эффект не заставляет атом двигаться по дуге, как это происходит с вращающимся мячом. Вместо этого точка наиболее сильного взаимодействия лазера с ионом немного смещается в сторону от центра луча. Причиной становится сложная структура электромагнитного поля при очень плотной фокусировке света.
Открытие может иметь значение для квантовых вычислений, где лазеры применяют для точного управления кубитами. Если учитывать боковое смещение, оно способно влиять на состояние квантовых систем и повышать вероятность ошибок. При этом возникающие силы могут использоваться для связи кубитов между собой и выполнения более сложных вычислений.
В качестве чувствительного датчика ученые выбрали одиночный ион кальция. Заряженную частицу почти неподвижно удерживали в электромагнитной ловушке, после чего перемещали через разные участки сфокусированного лазерного луча и измеряли силу его воздействия.
«Наш ион действует как крошечный сенсор, с помощью которого можно исследовать структуру лазерного света», — объяснил первый автор работы Филипп Лайндекер из Центра фотонных наук PSI и физического факультета ETH Zurich. По его словам, такой метод позволяет фиксировать смещение размером всего в несколько сотен нанометров.
Измерения показали, что величина бокового сдвига определяется длиной волны света и не зависит от степени фокусировки луча. Теоретически оптический эффект Магнуса ранее предсказывали исследователи Амстердамского университета, а теперь его впервые удалось подтвердить экспериментально с помощью иона кальция.