На свете уже давно существуют такие устройства, как магнетометры, которые измеряют направление, силу и изменения магнитных полей в контролируемой области пространства. Магнитометры используются во многих областях науки и техники, они позволяют медикам видеть органы человеческого тела, при их помощи археологи и геологи имеют возможность заглянуть в недра земли, и многое другое.
Некоторые из магнитных полей, представляющих собой предмет повышенного интереса, к примеру, поля, производимые деятельностью головного мозга, чрезвычайно слабы, они в миллиарды раз слабее естественного магнитного поля Земли. И для измерений таких полей требуются магнетометры, обладающие очень высокой чувствительностью. С этой целью было изобретено множество экзотических устройств, включая сверхпроводящие устройства, атомы, контролируемые лазерами, но в какой-то момент времени повышение чувствительности остановилось на определенном уровне, не давая возможности измерять очень слабые магнитные поля.
С точки зрения физики ограничение чувствительности магнетометров, которая называется энергетической разрешающей способностью ER, приблизилась к фундаментальному пределу, определяемому значением постоянной Планка h. И вне зависимости от типа и принципа функционирования значение разрешающей способности магнетометра не могло стать ниже значения постоянной h.
Но недавно международной группе исследователей удалось создать новый тип магнетометра, разрешающая способность которого уходит гораздо ниже порога фундаментального ограничения. А основой этого магнитометра является конденсат Бозе-Эйнштейна, облако атомов рубидия, охлажденных до температур, измеряемых в нано-Кельвинах. Облако конденсата было создано путем испарения атомов в условиях идеального вакуума, атомы были охлаждены при помощи света лазеров и были пойманы в оптическую ловушку. В таких условиях облако сформировало магнитную сверхтекучую жидкость с нулевой вязкостью, способную перемещаться, не испытывая трения.
Магнитные свойства атомов рубидия и облака конденсата Бозе-Эйнштейна в целом обеспечивают его реакцию на даже самые слабые магнитные поля. Эта реакция проявляется в изменениях формы и положения облака конденсата, что фиксируется при помощи света лазера. Эксперименты показали, что чувствительность такого магнетометра составляет ER = 0,075 h, что в 17 раз лучше чувствительности любого другого вида магнетометров.
Имея столь высокую чувствительность, новый датчик может производить измерения магнитных полей, которые ранее лежали за пределами наших возможностей. Более того, ученые считают, что у них имеется потенциал еще большего увеличения разрешающей способности при помощи замены атомов рубидия атомами других элементов, к примеру. Но самым главным аспектом данного достижения является демонстрация того, что значение постоянной Планка не является непреодолимым фундаментальным пределом, и, вполне возможно, что подобные уловки могут быть использованы для увеличения разрешающей способности не только магнитометров, но и датчиков, производящих измерения других физических величин.
