LU pētnieks Artūrs Mozers pēta magnētiskā lauka ietekmi uz lāzera inducēto fluorescenci sārmu metālu atomos

Atomu gāze, kas spēj mainīt savas īpašības, gaismas un ārēja magnētiskā lauka ietekmē, var tikt uzskatīta par viedu materiālu, kas reaģē uz ārējām perturbācijām. Šo īpašību var izmantot ne vien fizikā, bet ļoti dažādās nozarēs – medicīnā, ģeoloģijā, kvantu skaitļošanā, informācijas glabāšanā, kvantu kriptogrāfijā un citur.

 “Iedomājieties, ka jums ir maza burciņa, ko zinātniskā valodā sauktu par šūnu. Tajā ir rubīdija (Rb) vai kāda cita sārmu metāla atomi gāzveida stāvoklī. Uz tiem tiek spīdināta gaisma, šajā gadījumā lāzera starojums. Daļu gaismas šie atomi absorbē, uz īsu brīdi patur pie sevis, bet pēc tam emitē, jeb izspīd kādā patvaļīgā virzienā,” raksturojot savu pētījumu, iesāk fiziķis.

Atomu mijiedarbība ar lāzeru starojumu ir viena no pamata sastāvdaļām daudzu kvantu tehnoloģiju pielietojumos tajā skaitā optoelektriskās ierīcēs – lauka sensoros, šaurjoslas optiskajos filtros, optiskajos slēdžos un citās. Šo ierīču vadīšanai un attīstīšanai ir nepieciešams ļoti smalki izpētīt dažādu kvantu koherenču efektu atkarības no daudziem dažādiem faktoriem.

Fizikas doktors Artūrs Mozers pēdējos trīs gadus strādājis pie pētījuma, kurā ar lāzera staru magnētiskā laukā iedarbojas uz rubīdija (Rb) un citu sārmu metālu atomiem ar mērķi novērot, kā mainās lāzera inducētā fluorescence (izspīdēšana), mainoties magnētiskā lauka stiprumam. Projekta pieteikumā pētījuma mērķis skan sekojoši: “Pētīt leņķiskā momenta izkārtošanas pāreju orientācijā (IPO) lāzera starojuma un ārēja magnētiskā lauka ietekmē sārmu metālu atomu pamatstāvoklī.”

Pētījuma gaitu var iedalīt divās daļās, no kurām pirmā ietver teorētiskā modeļa izmantošanu signālu simulācijām un izrietošo teorētisko aprēķinu rezultātu analīzes veikšanu, bet otrā – eksperimentu veikšanu, pārbaudot iepriekš iegūto teorētisko aprēķinu atbilstību.

Izspīdēšanas jeb fluorescences intensitāti var nomērīt ar detektoru, tādējādi iegūstot signālu, kas parāda konkrētās fluorescences izspīdēšanas līmeni. Ja šūnai, kurā atrodas atomi, tuvu tiek pielikts magnēts, var apgalvot, ka tajā brīdī atomi atrodas ārējā magnētiskajā laukā, kā ietekmē izspīdēšanas intensitāte var būt mainījusies – pieaugusi vai samazinājusies. Ja magnētiskais lauks tiek vienmērīgi mainīts, tad mainās arī iegūtais fluorescences signāls, un šādu fluorescences signāla atkarību no magnētiskā lauka jau precīzāk sauc par magnetooptisko rezonansi. “Vienkāršoti sakot, pētījuma uzdevums ir noskaidrot, kā mainās izspīdēšana un saprast, kāpēc tā mainās,” rezumē Artūrs. Konkrētā pētījuma nozīmīguma novērtēšanai būtiski uzsvērt, ka, spējot paredzēt, kāda būs fluorescence pie noteikta magnētiskā lauka, noteikšanu ir iespējams veikt arī apgrieztā virzienā – ja fluorescence ir zināma, var noteikt, kāds ir magnētiskais lauks.

LU FMOF Lāzeru centra pētnieks atzīst, ka jautājumu “Par ko ir šis pētījums?” nākas dzirdēt bieži, tāpēc zinātniekam ir jābūt gatavam uz to atbildēt, pētījuma būtību paskaidrojot vienkāršā un saprotamā veidā. Artūra Mozera veikums ir vairāk fundamentāls pētījums, kas paredz, ka, galvenokārt, tā rezultātu nozīmīgumu un pielietojumu var novērtēt tālāku saistītu pētījumu kontekstā. Tomēr pētnieks izceļ arī kādu potenciālu pavisam praktisku starpdisciplināru pielietojumu: “Uz šādiem signāliem ir iespējams izveidot ļoti jutīgus magnētiskā lauka sensorus, kas var izmērīt ļoti mazus magnētiskos laukus. Tas var būt noderīgi ģeoloģijā, medicīnā un citās nozarēs.”

Pētījums izstrādāts LU FMOF Lāzeru centra Atomu un molekulu fizikas laboratorijā, sadarbojoties ar zinātniekiem no Armēnijas un Vācijas. Uz Armēnijas Zinātņu akadēmijas Fizikālās izpētes institūtu (Institute for Physical Research of National Academy of Sciences of Armenia)Artūrs devās pieredzes apmaiņas vizīte, lai izzinātu ļoti plānu atomu šūnu izgatavošanas un pielietošanas iespējas. Johanesa Gutenberga Maincas Universitātes Helmholca Institūta (Johannes Gutenberg University, Helmholtz Institute Mainz) zinātnieki, iespējams, varētu rast pētījumā gūtās pieredzes tālāku sasaisti ar pielietojumiem magnetometrijā, piemēram, apjomīgā projekta GNOME ietvaros. Arī tur LU FMOF LC pētnieks devās pieredze apmaiņā.

Pētījuma rezultātus Artūrs Mozers prezentējis sešās starptautiskās konferencēs un atspoguļojis tos vienā publikācijā zinātniskajā žurnāla Physical Review A.

Pētījums ticis izstrādāts Eiropas Reģionālā attīstības fonda specifiskā atbalsta mērķa 1.1.1.2. pasākuma “Pēcdoktorantūras pētniecības atbalsts” (projekta Nr. 1.1.1.2/16/I/001) projekta pētniecības pieteikuma Nr. .1.1.2/VIAA/1/1/117  “Pamatstāvokļa leņķiskā momenta izkārtošanas pāreja orientācijā lāzera starojuma un ārēja magnētiskā lauka ietekmē sārmu metālo atomārā gāzes vidē eksperimentāli un teorētiski signāli” ietvaros.

25. septembra pēcpusdienā LU telpās jau otro gadu pēc kārtas norisinājās atklājumu un inovāciju pasākums “LU Jauno tehnoloģiju un inovāciju diena”, kur vienuviet satikās gan mundrākie pētnieku prāti, gan inovatīvāko ideju autori. Ievērojami liels LU pētnieku skaits piedalījās “Zināšanu agorā”, kas bija viena no nozīmīgākajām pasākuma daļām.

“Zināšanu agora” bija iespēja pētniekiem 6 minūšu laikā iepazīstināt un ieinteresēt plašāku sabiedrības loku ar nesen veiktu vai jau sāktu inovatīvu pētījumu tehnoloģiju, dažādu procesu un dzīves kvalitātes uzlabošanas jomā.

Šogad “Zināšanu agorā” izskanēja teju 60 dažādi pētījumi, kas aktualizēja jautājumus par mikroorganismu kolekcijas attīstību, Saules sistēmu, nanomateriāliem, bioekonomiku, magnētiskiem paātrinātājiem, materiālu atmiņu, gēnu datiem, kā arī par risinājumiem demogrāfijas, dažāda veida izglītības, ekosistēmas un medicīnas jomās.