26.06 - 11:40

По атомному радио 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.

Физики тоже любят слушать музыку, а иногда даже пытаются использовать свои знания для ее улучшения. Например, исследователи из Лондонского университета королевы Марии применили методы анализа квантовых систем, чтобы разработать алгоритм, который автоматически определяет амплитуду и продолжительность колебаний частоты звука. С помощью этого алгоритма ученые исследовали вибрато, исполняемое на различных музыкальных инструментах. А австралийские физики предложили математическую модель квантования музыки.

Кроме того, ученые очень любят «озвучивать» данные, собранные в ходе наблюдений за природой. В частности, за последние четыре года физики превратили в музыку данные детектора ATLAS, орбиты планет TRAPPIST-1, движение межзвездного газа Млечного пути, вибрации Солнца и фотографию марсианского рассвета. Больше примеров музыкальных композиций, вдохновленных наукой, можно найти в рубриках «Звук» и «Звуки науки».

 https://nplus1.ru

Ключевые слова:
Читайте также:

Почему мы обгораем даже с солнцезащитным кремом 

Летом нам всем хочется щеголять в открытых топах и коротких шортах, которые красиво оттеняют ровный бронзовый загар.
Подробнее »»

Из яблочка и с яблочком. Часть 1

Вроде бы давно уже все сказано о яблоке, этом чудесном плоде, дарующем нам здоровье.
Подробнее »»

Как скрыть седину без химии

едина не радует ни одну женщину, в каком бы возрасте она ни появилась. Но если одни дамы спокойно относятся к седым волосам в шевелюре, то другие любым способом от неё избавляются.
Подробнее »»

Как туристу сэкономить на еде в Одессе: куда сходить или где заказать еду на дом

Планируете отдых в Одессе
Подробнее »»

В продуктах, которые мы ежедневно употребляем, могут быть смертельные инфекции

Подхватить такие заболевания могут даже люди, которые ведут здоровый образ жизни и тщательно следят за питанием.
Подробнее »»

Читайте также:
21.07 - 22:03

Оформление молодежной квартиры

Когда молодые люди вырываются из-под опеки родителей и начинают жить отдельно, им хочется обставить свою жилплощадь оригинально и креативно.
Подробнее »»

21.07 - 20:40

Эксперты назвали 6 способов побороть морскую болезнь

Большинство детей обожают путешествия, но некоторые из них боятся укачивания и сопровождающей его тошноты.
Подробнее »»

21.07 - 20:02

Диетолог назвала способы сжигания калорий без спорта

Избавиться от лишних килограммов можно не только с помощью привычных тренировок и диет. Об этом на своей странице в Инстаграм сообщила диетолог Кристина Лобановская.
Подробнее »»

21.07 - 19:18

Женские имена, обрекающие их обладательниц на одиночество 

Как выяснили корреспонденты информационного агентства «Экспресс-Новости», существуют имена, которые предсказывают своим обладателям счастливую жизнь.
Подробнее »»

21.07 - 18:51

10 полезных свойств огурца, о которых вы не знали

Пора собирать и заготавливать огурчики! Этот овощ и в свежем виде хорош, и в соленом, и в маринованном.
Подробнее »»

21.07 - 18:09

Как выбрать халат

Халат давно уже перестал быть изделием, предназначенным только лишь для ведения в нем домашнего хозяйства.
Подробнее »»

21.07 - 18:09

Врачи объяснили, почему спать в пижаме вредно

Пижамы и ночные рубашки ухудшают самочувствие
Подробнее »»

21.07 - 16:37

Как распознать болезни по стулу

По цвету фекалий можно определить состояние организма человека. К такому выводу пришли ученые – медики в ходе многочисленных лабораторных изучений.
Подробнее »»

21.07 - 16:09

Супрун предупредила об опасности просмотра телевизора

Частый просмотр TV негативно сказывается на здоровье человека
Просмотр телевизора более трех часов в день в два раза повышает риск преждевременной смерти. Об этом на своей странице в Facebook сообщила и. о. министра охраны здоровья Ульяна Супрун.

Подробнее »»

21.07 - 15:16

6 советов, которые дают семейные психотерапевты мужу и жене для счастливого брака

Кризисы в браке — дело житейское. Самыми тяжелыми считаются первый год после свадьбы, время после рождения ребенка и десятилетний рубеж. Одни семьи не справляются и гибнут.
Подробнее »»

21.07 - 14:50

Чай каркаде может представлять угрозу для зубов

По данным шведских ученых, зубная эмаль разрушается из-за лимонной кислоты, которая входит в состав напитка.
Подробнее »»

21.07 - 14:06

Мини-пиг, шиншилла или карликовый кролик: кого выбрать?

К кошкам, собачкам, хомячкам и морским свинкам в домах все уже давно привыкли. Поэтому некоторым любительницам оригинальности хочется завести каких-нибудь необычных зверьков
Подробнее »»

21.07 - 12:36

Ученые назвали снижающее кровяное давление ягоды

Ягоды, снижающие кровяное давление, назвали специалисты. В ходе экспериментов ученые предложили испытуемым включить в свой рацион определенную группу ягод, которые, по их мнению, помогут Ученые назвали снижающее кровяное давление ягоды восстановить давлен
Подробнее »»

21.07 - 12:06

Специалисты ВОЗ изменили нормы артериального давления

Для людей младше 65 лет нормой является давление в пределах 120-129 мм
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) приняла решение об изменении норм артериального давления для человека. Об этом сообщает издание ""zi.ua".

Подробнее »»

21.07 - 11:24

Что нас привлекает в мужчинах на самом деле 

Не секрет, что мужчина выбирает женщину, которая нравится ему внешне. После этого он начинает постепенно узнавать ее характер, интересы, привычки, и в итоге влюбляется.
Подробнее »»


Загрузка...
Loading...

Справочная информация

Загрузка...