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:

Эксперты ВОЗ: некоторые виды искусства могут влиять на здоровье

Танцы, хоровое пение, игра на барабанах, создание картин могут существенно влиять на здоровье.
Подробнее »»

6 признаков того, что вы мало едите

Диеты и подсчет калорий в погоне за идеальной фигурой могут сыграть злую шутку.
Подробнее »»

Пять показателей того, что ваш образ жизни — правильный

Есть несколько показателей того, что вы ведёте правильный образ жизни, рассказала терапевт Оксана Драпкина.
Подробнее »»

5 мифов об отношениях на расстоянии

Есть много неправды об отношениях на расстоянии. Кто-то считает, что их не существует, а кто-то — что они приводят к плохому финалу.
Подробнее »»

Симптомы рака мозга можно спутать с проявлением старения

Ученые из Великобритании сообщили, что ранние симптомы рака мозга можно легко спутать с обычным процессом старения.
Подробнее »»

Читайте также:
22.11 - 14:51

Какие продукты вредно есть людям после 30 лет

Есть продукты, которые диетологи не рекомендуют употреблять в пищу в любом возрасте, но пока мы молоды, последствия от вредных ингредиентов не оказывают на организм значительного разрушающего действия.
Подробнее »»

22.11 - 14:03

5 принципов здорового питания при высоком уровне холестерина

Однако было установлено, что соблюдение диеты и контроль факторов риска (лишний вес, вредные привычки, малоподвижный образ жизни и др.)
Подробнее »»

22.11 - 13:34

Пропускающие завтрак дети превращаются в двоечников

Новое исследование показало, что завтрак является настоящей пищей для ума среди школьников. И регулярно отказывающиеся от завтрака дети значительно реже получают хорошие оценки.
Подробнее »»

22.11 - 13:00

При каких симптомах надо есть больше яиц и капусты

При повышенной тревожности также рекомендуется пища с высоким содержанием цинка, например, яичные желтки.
Подробнее »»

22.11 - 12:54

Правда о брокколи и черном кофе

Ученые из США нашли ген, который отвечает за восприимчивость к горькому вкусу.
Подробнее »»

22.11 - 12:30

Зуб мудрости: удалить или оставить? Объясняет врач

Закладка зубов мудрости, или «восьмерок», начинается в 8-10 лет, завершается к 12-13 годам.
Подробнее »»

22.11 - 11:48

При каком заболевании категорически нельзя есть свёклу

Свёкла может обострить некоторые заболевания, рассказал врач Григорий Конев.
Подробнее »»

22.11 - 11:32

Эксперты рассказали, как должно меняться питание с возрастом

В 50 лет мы не такие, как в 20, и не только потому, что становимся мудрее. Тело и организм также меняются по мере возраста, и это обязательно должно учитываться питанием.
Подробнее »»

22.11 - 10:46

Как живут супруги с разницей в возрасте 53 года 

Большая разница в возрасте — любви не помеха? Эта пара удивляет всех, а некоторых даже возмущает.
Подробнее »»

22.11 - 10:40

Какие продукты помогут сохранить стройность и здоровье после 40 лет

Цельные крупы, некоторые фрукты, бобовые, орехи, диетические виды мяса помогут в возрасте после 40 лет сохранить стройную фигуру и здоровье.
Подробнее »»

22.11 - 09:32

Средиземноморская диета может остановить глухоту

Взрослые люди, которые употребляют меньше красного мяса и больше овощей, на 30% реже теряют слух.
Подробнее »»

22.11 - 08:36

Врачи советуют отказаться от использования йода и зелёнки

Обычный спиртовой йод для обработки ран уже устарел, считают медики.
Подробнее »»

22.11 - 08:26

Все о здоровье позвоночника: как связаны витамины, хрящевая ткань и пот

Все знают, что витамины необходимы для укрепления иммунитета, хорошего зрения, молодости и красоты кожи.
Подробнее »»

22.11 - 07:32

10 самых противовоспалительных продуктов

Даже низкий уровень воспаления на хронической основе может приводить к серьезным нарушениям.
Подробнее »»

22.11 - 07:31

Как часто нужно стирать простыни - советы экспертов

Американские эксперты в области гигиены отмечают, что постель людей, считающих себя чистоплотными, может быть полна грязи, пота, масла и пылевых клещей. Как же часто нужно стирать свои простыни?
Подробнее »»


Загрузка...
Loading...

Справочная информация

Загрузка...