Pamatstāvokļa leņķiskā momenta izkārtošanas pāreja orientācijā lāzera starojuma un ārēja magnētiskā lauka ietekmē sārmu metālu atomārā gāzes vidē eksperimentāli un teorētiski signāli

Projekta nosaukums: Pamatstāvokļa leņķiskā momenta izkārtošanas pāreja orientācijā lāzera starojuma un ārēja magnētiskā lauka ietekmē sārmu metālu atomārā gāzes vidē eksperimentāli un teorētiski signāli

Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/1/16/117

Projekta sadarbības partneri (ja ir):-Institute for Physical Research of National Academy of Sciences of Armenia-Prof. Dr. Dmitry Budker Group - Helmholtz Institute Mainz, Johannes Gutenberg University Mainz, Germany

Projekta īstenošanas termiņš: 01.11.2017. - 31.10.2020.

Projekta kopējais finansējums, LU daļa: 133806.00 EUR, LU daļa 6690.30 EUR

Projekta mērķis: Pētniecības projekta mērķis ir pētīt leņķiskā momenta izkārtošanas pāreja orientācijā (IPO) lāzera starojuma un ārēja magnētiskā lauka ietekmē sārmu metālu atomu pamatstāvoklī.Atomu gāze, kas spēj mainīt savas īpašības, gaismas un ārēja magnētiskā lauka ietekmē var tikt uzskatīts par materiālu, kas reaģē uz ārējām perturbācijām, tāpēc tas ir vieds materiāls. Šādi to var izmantot dažādos ekonomikas sektoros, piemēram, medicīnā, ģeoloģijā, IKT tai skaitā kvantu skaitļošanā, informācijas glabāšanā, kvantu kriptogrāfijā un citos.Atomu mijiedarbība ar lāzera starojumu ir viena no pamata sastāvdaļām daudzu kvantu tehnoloģiju pielietojumos tai skaitā opto-elektriskās ierīcēs, piemēram, lauku sensori, šaurjoslas optiskie filtri un optiskie slēdži.  Šo ierīču radīšanā un attīstīšanā ir nepieciešamas ļoti smalki izpētītas dažādu kvantu koherenču efektu atkarības no daudziem dažādiem faktoriem. Šinī pētījumā tiks pētīta IPO atoma pamatstāvoklī, kā arī citi saistīti kvantu koherenču efekti, un dažādu faktoru ietekme uz novērojamajiem signāliem, piemēram ierosmes un novērošanas ģeometrijas neprecizitātes, lāzera starojuma jauda un frekvence u.c.Šī pētījuma rezultāti varētu interesēt pētniekus, kuru pētījumi ir saistīti ar elektrona permanentā elektriskā dipola momenta (EDM) meklējumiem. Par šiem fundamentālās fizikas pētījumiem ir liela interese, jo fundamentālas daļiņas permanentais EDM nozīmē lādiņa paritātes pārkāpšanu (CP violation ), kamēr vien pieņēmums par lādiņa paritātes un laika-simetrijas teorēmu (CPT theorem) ir patiess. Vairākas sarežģītas eksperimentālas tehnikas novērš EDM radīta leņķiskā momenta precesijas signālā kropļojumus, kas radušies citu mehānismu, ne EDM dēļ. Viens no šādiem nevēlamiem fenomeniem varētu būt IPO, kurš kombinēta elektriskā un magnētiskā lauku ietekmē vai sadursmju rezultātā deformē atomāro un molekulāro leņķiskā momenta sadalījumu.

Projekta rezultāti: 1. Teorētiskā modeļa adaptācija lāzera inducētās fluorescences (LIF) signālu simulācijai2. LIF signālu simulācija Rb un K; Labāko eksperimentālo parametru piemeklēšana atomu pamatstāvokļa IPO signālu novērošanai3. Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos.4. Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana K atomos.
Plānotais publikāciju apjoms: 2 zinātniskās publikācijas

Laika periodā 1.11.2017. - 30.01.2018. paveiktais:

Teorētiskā modeļa adaptācija lāzera inducētās fluorescences (LIF) signālu simulācijai:

• Veikta teorētiskā modeļa programmas papildināšana, tajā iekļaujot Rb un K atomu parametrus D1 pārejai.
• Veikta teorētisko signālu datorprogrammas testēšana pie magnētiskā un ierosinošā elektriskā lauka perpendikulāras eksperimenta ģeometrijas 85Rb izotopam un lineāro fluorescences komponenšu aprēķins pie dažādām supersīkstruktūras pārejām, katrai pie vairākām ierosinošā lāzera starojuma Rabi frekvencēm.

LIF signālu simulācija Rb un K; Labāko eksperimentālo parametru piemeklēšana atomu pamatstāvokļa IPO signālu novērošanai:

Veikta teorētisko signālu datorprogrammas testēšana pie magnētiskā un ierosinošā elektriskā lauka 45º savstarpējā novietojuma 85Rb izotopam un cirkulāro fluorescences komponenšu aprēķins pie dažādām supersīkstruktūras pārejām, katrai pie vairākām ierosinošā lāzera starojuma Rabi frekvencēm.

Attēlā redzami piemēri LIF signālu teorētiskajām līknēm vienas supersīkstruktūras pārejai ar dažādām Rabi frekvencēm. Sagaidāmā cirkularitāte šai pārejai ir apmēram 1%.

• Veikta teorētisko signālu datorprogrammas testēšana pie magnētiskā un ierosinošā elektriskā lauka 45º savstarpējā novietojuma 39K izotopiem un cirkulāro fluorescences komponenšu aprēķins pie dažādām supersīkstruktūras pārejām, katrai pie vairākām ierosinošā lāzera starojuma Rabi frekvencēm.

Rezultāti: Funkcionējošs teorētiskais modeļa programma LIF signālu aprēķiniem Rb un K atomiem. Turpmāko eksperimentu rezultātā programma iespējams tiks uzlabota.

LIF signālu simulācija Rb un K; Labāko eksperimentālo parametru piemeklēšana atomu pamatstāvokļa IPO signālu novērošanai:

• Eksperimentālās iekārtas izveidošana testēšanai pie mazām magnētiskā lauka vērtībām.
• Lāzera starojuma frekvences iejustēšana un piesātinājuma absorbcijas iekārtas izveide lāzera frekvences stabilizācijai.
• Lāzera stara optiskā ceļa izveide un ierosmes un novērošanas ģeometrijas izveide.
• Novērošanas optikas justēšana.

Rezultāti: Izveidota lāzera frekvences stabilizācijas sistēma; Izveidots funkcionējošs eksperiments testa signālu uzņemšanai.

LIF signālu simulācija Rb un K; Labāko eksperimentālo parametru piemeklēšana atomu pamatstāvokļa IPO signālu novērošanai:

• Eksperimentālās iekārtas testēšana pie mazām magnētiskā lauka vērtībām (līdz 1000G).

Eksperimenta testa rezultātu apkopošana un analīze.

Attēlā redzami divi mērījumi vienai eksperimentālā LIF signāla cirkulārai komponentei.

• Elektromagnēta kalibrācija lielākām magnētiskā lauka vērtībām (līdz 2000G).
• Šūnas optisko lodziņu attīrīšana no rubīdija tvaiku kondensāta.

Rezultāti: Apkopoti un analizēti testa eksperimenta rezultāti; Darbs pie testa eksperimenta rezultātā konstatētajām nepilnībām, piemēram, magnētiskā lauka kalibrācijas.

Laika periodā 1.02.2018. - 30.04.2018. paveiktais:

Teorētiskā modeļa adaptācija lāzera inducētās fluorescences (LIF) signālu simulācijai:

• Daļēji veikta teorētisko signālu datorprogrammas modifikācija tās darbināšanai arī Microsoft Windows vidē, lai panāktu efektīvu pieejamo datorresursu lietojumu un saīsinātu aprēķiniem nepieciešamo laiku ar paralēlu procesu palaišanu.

LIF signālu simulācija Rb un K; Labāko eksperimentālo parametru piemeklēšana atomu pamatstāvokļa IPO signālu novērošanai:

Veikta teorētisko signālu datorprogrammas testēšana pie magnētiskā un ierosinošā elektriskā lauka 45º savstarpējā novietojuma 85Rb izotopam un cirkulāro fluorescences komponenšu aprēķins pie supersīkstruktūras pārejas Fg=2→Fe=3, pie vairākām ierosinošā starojuma lāzera līnijas platumiem, katram pie vairākām ierosinošā lāzera starojuma Rabi frekvencēm.

Attēlā redzami piemēri LIF signālu teorētiskajām līknēm 85Rb Fg=2→Fe=3 supersīkstruktūras pārejai ar dažādām Rabi frekvencēm pie vairākām ierosinošā starojuma lāzera līnijas platumiem. Attēlā redzams ne tikai, ka Rabi frekvence ietekmē signālu formu, bet arī lāzera līnijas platums, turklāt pie lielākām Rabi frekvences vērtībām lāzera līnijas platums signālu formu ietekmē vairāk.

LIF signālu simulācija Rb un K; Labāko eksperimentālo parametru piemeklēšana atomu pamatstāvokļa IPO signālu novērošanai:

• Magnētiskā lauka (B) kalibrācija atkarībā no spoļu polu savstarpējā attāluma (d) pie fiksētās strāvas maksimālās vērtības Imax = 7.9 A un pie fiksētas strāvas maiņas frekvences f = 2 mHz.

Attēlā redzami eksperimentālie datu punkti magnētiskā lauka maksimālajai vērtībai atkarībā no savstarpējā spoļu attāluma. Pašlaik, kā optimāls spoļu attālums tika izvēlēts 5.5 cm, kas ļauj sasniegt magnētiskā lauka vērtību aptuveni 1800 gausus.

Magnētiskā lauka (B) kalibrācija atkarībā no strāvas maiņas frekvences (f) spolēs pie fiksētās strāvas maksimālās vērtības Imax = 7.0 A un pie fiksēta spoļu polu savstarpējā attāluma d = 5.5 cm.

Attēlā redzamas eksperimentālās līknes magnētiskā lauka atkarībai no strāvas maiņas frekvences spolēs. Var novērot histerēzes palielināšanos pie lielākām strāvas maiņas frekvencēm. Par optimālu tika izvēlēta 50 mHz frekvence, kamēr notiek sistēmas iestādīšana, jo tas ievērojami saīsina datu uzņemšanas laiku, bet eksperimentālo mērījumu laikā tiks izmantota 2 mHz frekvence, lai samazinātu histerēzi.

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Rubīdija tvaiku šūnas sagatavošana eksperimentālajiem fluorescences novērojumiem – rubīdija tvaiku kondensāta novēršana no šūnas iekšējām sieniņām; šūnas ārējās virsmas tīrīšana, šūnas turētāja sagatavošana tā ievietošanai starp spoļu poliem.
• Lāzera starojuma frekvences justēšana.
• Lāzera stara optiskā ceļa daļēja izveide; lāzera stara virzītājspoguļa nostiprināšana pie viena no spoļu poliem nepieciešamās savstarpējās lāzera starojuma elektriskā lauka un ārējā magnētiskā lauka 45º ierosmes nodrošināšanai; pārējo lāzera stara virzītājspoguļu un gala lineārā polarizatora izvietojuma un nostiprināšanas plānošana.

Laika periodā 1.05.2018. - 31.07.2018. paveiktais:

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Lāzera stara optiskā ceļa daļēja izveide; pārējo lāzera stara virzītājspoguļu un gala lineārā polarizatora izvietošana un nostiprināšana;
• Optisko komponenšu uzstādīšana lāzera stara ceļā; lāzera stara simetriskas profila ģeometrijas izveide; 
• Lāzera jaudas mērītāja kalibrācija; lāzera jaudas mērītāja uzstādīšana lāzera stara optiskajā ceļā;
• Jauna novērojamā starojuma optiskā ceļa plānošana un izveidošana; stiprinājumu un optisko komponenšu uzstādīšana un regulēšana;

Teorētiskā modeļa adaptācija lāzera inducētās fluorescences (LIF) signālu simulācijai:

• Tika gatavots stenda referāta prezentācijas materiāls ar nosaukumu „Angular momentum spacial symmetry transformation in rubidium ground-state”, kurā tiks prezentēti līdz šim brīdim iegūtie projekta rezultāti. Stenda referāts tiks prezentēts International Conference on Atomic Physics 2018 starptautiskajā zinātniskajā konferencē.

LIF signālu simulācija Rb un K; Labāko eksperimentālo parametru piemeklēšana atomu pamatstāvokļa IPO signālu novērošanai:

• Tika gatavots stenda referāta prezentācijas materiāls ar nosaukumu „Angular momentum alignment-to-orientation conversion in 85Rb ground-state”, kurā tiks prezentēti līdz šim brīdim iegūtie projekta rezultāti. Stenda referāts tiks prezentēts EGAS 50th starptautiskajā zinātniskajā konferencē.

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Lāzera starojuma frekvences iejustēšana un piesātinājuma absorbcijas signāla regulācija lāzera frekvences stabilizācijai. 

Teorētiskā modeļa adaptācija lāzera inducētās fluorescences (LIF) signālu simulācijai:

• Apmeklēta konference "50th EGAS Conference", kurā prezentēts stenda referāts „Angular momentum alignment-to-orientation conversion in 85Rb ground-state”, kurā prezentēti šinī projektā iegūtie rezultāti. Kā arī apmeklētas visas konferences plenārās lekcijas un zinātniskās laboratorijas Jagaiļa Universitātē, Krakovā, Polijā.

LIF signālu simulācija Rb un K; Labāko eksperimentālo parametru piemeklēšana atomu pamatstāvokļa IPO signālu novērošanai:

• Apmeklēta konference "International Conference on Atomic Physics 2018", kurā prezentēts stenda referāts „Angular momentum spacial symmetry transformation in rubidium ground-state”, kurā prezentēti šinī projektā iegūtie rezultāti. Kā arī apmeklētas visas ICAP 2018 konferences plenārās lekcijas Barselonā, Spānijā.

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

Novērojamā starojuma optiskā ceļa veidošana; regulējama fokusa optiskā tubusa izveide.

Laika periodā no 01.08.2018. - 31.10.2018. paveiktais:
LIF signālu simulācija Rb un K; Labāko eksperimentālo parametru piemeklēšana atomu pamatstāvokļa IPO signālu novērošanai:

• Apmeklēta konference "Laser Physics 2018", kurā prezentēts stenda referāts „Ground-state angular-momentum alignment-to-orientation conversion", kurā prezentēti šinī projektā iegūtie rezultāti. Kā arī apmeklētas visas LP 2018 konferences plenārās lekcijas un laboratoriju ekskursijas Aštarakā, Armēnijā.
• Apmeklēta starptautiska darbnīca "International Workhsop on Optical Magnetometry", kurā apmeklētas visas starptautiskās darbnīcas plenārās lekcijas un semināri Aghveranā, Armēnijā.

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Elektromagnēta bipolārā strāvas avota nomaiņa uz citu bipolāru strāvas avotu, kas ir lineāri darbināms līdz pat I_max=8.0 A stiprai strāvai, kā arī spēj strāvu simetriski skenēt abos virzienos.
• Regulējamā fokusa optiskā tubusa ievietošana eksperimentālajā iekārtā, tā, lai tas atrastos virzienā, kas ir perpendikulārs ārējā magnētiskā lauka un ierosinošā lāzera starojuma polarizācijas plaknei.
• Fotodiodes ievietošana eksperimentālajā iekārtā un optiskā tubusa fokusa regulācija signāla fokusēšanai uz fotodiodes sensora virsmas.
• Fotodiodes pastiprinātāja pievienošana un optimālo pastiprinājuma parametru iestādīšana.
• Dažādu fotodiodes signāla trokšņa samazināšanas paņēmienu īstenošana. Galvenokārt mēriekārtu un citas elektronikas zemējuma un ekranēšanas problēmu novēršana.
• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto komponenšu novērošana, ierosinot Rb Fg=2→Fe=3 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 100μW un skenējot magnētisko lauku līdz 1850 gausiem.
• Izmēģinājuma signāla reģistrēšana izmantojot zemo frekvenču filtra ieslēgšanu fotodiodes signāla elektriskajā ķēdē trokšņu mazināšanai

• Elektromagnēta bipolārā strāvas avota nomaiņa uz strāvas avotu, kas ir lineāri darbināms līdz pat Imax=10.0 A stiprai strāvai, bet spēj strāvu simetriski skenēt tikai vienā virzienā.
• Magnētiskā lauka (B) kalibrācija atkarībā no strāvas (I) spolēs pie dažādām skenēšanas frekvencēm pie fiksētās strāvas maksimālās vērtības Imax = 10.0 A un pie fiksēta spoļu polu savstarpējā attāluma d = 5.5 cm.

• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto komponenšu novērošana, ierosinot Rb Fg=2→Fe=3 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 100μW un skenējot magnētisko lauku līdz 2250 gausiem.

Laika periodā no 01.11.2018. - 31.01.2019. paveiktais:

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto lāzerinducētās fluorescences komponenšu novērošana, ierosinot Rb F_g= 2→F_e=3 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 200 μW; 400 μW; 800 μW un skenējot magnētisko lauku līdz aptuveni 2300 gausiem.

Attēlā redzamas eksperimentāli iegūto divu cirkulāri polarizēto fluorescences komponenšu vidējoto signālu atkarība no magnētiskā lauka, magnētisko lauku skenējot līdz aptuveni 2500 gausiem ar lāzera ierosmes jaudu 800 μW.

• Jaunas fotodiodes ievietošana eksperimentālajā iekārtā un optiskā tubusa fokusa regulācija signāla fokusēšanai uz jaunās fotodiodes sensora virsmas. Jaunā fotodiodes korpuss izveidots, tā, ka ļauj to precīzi savienot ar optisko tubusu, kas savukārt kopējo optisko sistēmu padara noslēgtu, līdz ar to samazina fona troksni.
• Dažādu fotodiodes signāla trokšņa samazināšanas paņēmienu īstenošana. Galvenokārt mēriekārtu un citas elektronikas zemējuma un ekranēšanas problēmu novēršana.
• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto lāzerinducētās fluorescences komponenšu novērošana, ierosinot Rb F_g= 2→F_e=3 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 5 μW un skenējot magnētisko lauku līdz aptuveni 2300 gausiem.

Attēlā redzamas eksperimentāli iegūto divu cirkulāri polarizēto fluorescences komponenšu vidējoto signālu atkarība no magnētiskā lauka, magnētisko lauku skenējot līdz aptuveni 2500 gausiem ar lāzera ierosmes jaudu 5 μW.

• Lāzera starojuma frekvences iejustēšana un piesātinājuma absorbcijas signāla regulācija lāzera frekvences stabilizācijai.
• Visu līdz šim uzņemto datu apstrāde: magnētiskā lauka vērtību iegūšana no mērītājām magnētiskā lauka sprieguma vērtībām; datu vidējošana gan pa atsevišķiem skaniem, gan pa skana virzieniem – turp un atpakaļ; Vidējoto datu apvienošana vienā grafikā.
• Sākta eksperimentālo datu analīze: eksperimentālajiem datiem piemeklējot atbilstošos koeficientus, kas ļautu tos savietot kopā ar teorētiski aprēķinātajiem signāliem. Process pagaidām manuāls un laikietilpīgs, kā arī veiksmīgu eksperimentālo datu savietošanu pašlaik neļauj neprecizitātes datu vidējošanas procesā. Notiek datu vidējošanas procesa uzlabošana un pilnveidošana.; Izmantojot LU FMOF Lāzeru centrā izveidotu teorētisko aprēķinu programmu, kas ļauj manipulēt ar koherenču efektiem tos pēc vajadzības slēdzot iekšā vai ārā. Šāda analīze ļauj identificēt signāla struktūras cēloņus un līdz ar to arī fizikālus procesus, kas veido atsevišķas novērotā signāla struktūras.

Attēlā redzamas teorētiskās programmas aprēķinu iegūto divu cirkulāri polarizēto fluorescences komponenšu starpības, kas dalītas ar šo komponenšu summu, ko sauc par cirkularitāti. Attēlā redzama cirkularitātes atkarība no magnētiskā lauka pie dažādām Rabi frekvences vērtībām; signāli modelēti gadījumam, kad izslēgtas ir ierosinātā stāvokļa koherences.

• Tiek turpināts darbs pie eksperimentālo datu analīzes: Notiek datu vidējošanas procesa uzlabošana un pilnveidošana kā aŗī eksperimentālajiem datiem tiek piemeklēti atbilstoši koeficienti, kas ļautu tos savietot kopā ar teorētiski aprēķinātajiem signāliem. Tā lai tiktu atrasta ne tikai labākā sakritība atsevišķajām cirkulārajām komponentēm, bet sakristu arī to starpība un cirkularitāte.

Laika periodā no 01.02.2019. - 30.04.2019. paveiktais:

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Elektromagnēta bipolārā strāvas avota nomaiņa uz citu bipolāru strāvas avotu, kas ir lineāri darbināms līdz pat Imax=10.0 A stiprai strāvai, kā arī spēj strāvu simetriski skenēt abos virzienos.
• Magnētiskā lauka (B) kalibrācija atkarībā no strāvas maiņas frekvences (f) spolēs pie fiksētās strāvas maksimālās vērtības Imax = 10.0 A un pie fiksēta spoļu polu savstarpējā attāluma d = 4.3 cm.
• Optisko komponenšu uzstādīšana lāzera stara ceļā; lāzera stara simetriskas profila ģeometrijas izveide;
• Dažādu fotodiodes signāla trokšņa samazināšanas paņēmienu īstenošana. Galvenokārt mēriekārtu un citas elektronikas zemējuma un ekranēšanas problēmu novēršana.
• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto lāzerinducētās fluorescences komponenšu novērošana, ierosinot Rb Fg= 2→Fe=3 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 10 μW; 25 μW; 50 μW; 100 μW; 200 μW; 400 μW; 800 μW un skenējot magnētisko lauku līdz aptuveni 3000 gausiem.

Attēlā redzamas eksperimentāli iegūto divu cirkulāri polarizēto fluorescences komponenšu vidējoto signālu atkarība no magnētiskā lauka, magnētisko lauku skenējot līdz aptuveni 3000 gausiem ar lāzera ierosmes jaudu 800 μW.

• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto lāzerinducētās fluorescences komponenšu novērošana, ierosinot Rb Fg= 2→Fe=2 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 25 μW; 50 μW; 100 μW; 200 μW; 400 μW; 800 μW; un skenējot magnētisko lauku līdz aptuveni 3000 gausiem.

• Eksperimentālo datu analīze: Veicot papildus signālu modelēšanu tika konstatēts, ka pīķi lāzerinducētās fluorescences signālā ap 2500 gausiem rada fizikāli procesi, kas saistīti ar 87 rubīdija izotopu. Tiek turpināts darbs pie eksperimentālo datu analīzes: Notiek datu vidējošanas procesa uzlabošana un pilnveidošana kā aŗī eksperimentālajiem datiem tiek piemeklēti atbilstoši koeficienti, kas ļautu tos savietot kopā ar teorētiski aprēķinātajiem signāliem. Tā lai tiktu atrasta ne tikai labākā sakritība atsevišķajām cirkulārajām komponentēm, bet sakristu arī to starpība un cirkularitāte.

Laika periodā no 01.05.2019. - 31.07.2019. paveiktais:

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Visas eksperimentālās sistēmas pārbaude;
• Atkārtota lāzera starojuma frekvences iejustēšana un piesātinājuma absorbcijas iekārtas iejustēšana lāzera frekvences stabilizācijai.
• Atkārtota ierosinošā lāzera stara atbilstošās ģeometrijas iejustēšana attiecībā pret magnētisko lauku. Atkārtota novērošanas tubusa iejustēšana atbilstošā novērošanas virzienā;
• Atkārtota lāzera stara simetriskas profila ģeometrijas izveide;
• Dažādu fotodiodes signāla trokšņa samazināšanas paņēmienu īstenošana. Galvenokārt mēriekārtu un citas elektronikas zemējuma un ekranēšanas problēmu novēršana.
• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto lāzerinducētās fluorescences komponenšu novērošana, ierosinot Rb Fg= 3→Fe=3 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 10 μW; 25 μW; 50 μW; 100 μW; 200 μW; 400 μW; 600 μW un skenējot magnētisko lauku līdz aptuveni 3000 gausiem. Katru jaudas mērījumu atkārtojot no 8 līdz 10 reizēm katrai cirkulārajai komponentei.
• Eksperimentālie dati tika vidējoti un savietoti ar teorētiskajiem datiem – tika meklētas atbilstošās rabi frekvences.

Attēlā parādīta divu lāzerinducētās fluorescences komponenšu atkarība no magnētiskā lauka; sarkanie un melnie punkti – eksperimentālie dati; zaļā un zilā līkne – teorijas dati.

• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto lāzerinducētās fluorescences komponenšu novērošana, ierosinot Rb Fg= 3→Fe=2 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 10 μW; 25 μW; 50 μW; 100 μW; 200 μW; 400 μW; 600 μW; un skenējot magnētisko lauku līdz aptuveni 3000 gausiem. Katru jaudas mērījumu atkārtojot no 8 līdz 10 reizēm katrai cirkulārajai komponentei.

Attēlā parādīta divu lāzerinducētās fluorescences komponenšu atkarība no magnētiskā lauka; sarkanie un melnie punkti – eksperimentālie dati; zaļā un zilā līkne – teorijas dati.

• Tiek turpināts darbs pie eksperimentālo datu analīzes: Notiek datu vidējošanas procesa uzlabošana un pilnveidošana kā aŗī eksperimentālajiem datiem tiek piemeklēti atbilstoši koeficienti, kas ļautu tos savietot kopā ar teorētiski aprēķinātajiem signāliem. Tā lai tiktu atrasta ne tikai labākā sakritība atsevišķajām cirkulārajām komponentēm, bet sakristu arī to starpība un cirkularitāte.

Attēlā parādīta divu lāzerinducētās fluorescences komponenšu starpības atkarība no magnētiskā lauka; melnie punkti – eksperimentālie dati; sarkanā līkne – teorijas dati.

Laika periodā no 01.08.2019. - 31.10.2019. paveiktais:

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto lāzerinducētās fluorescences komponenšu novērošana, ierosinot Rb Fg= 2→Fe=3 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 10 μW; 25 μW; 50 μW; 100 μW; 200 μW; 400 μW; 600 μW un skenējot magnētisko lauku līdz aptuveni 3000 gausiem. Katru jaudas mērījumu atkārtojot no 8 līdz 10 reizēm katrai cirkulārajai komponentei.
• Eksperimentu veikšana – divu pretēji cirkulāri polarizēto lāzerinducētās fluorescences komponenšu novērošana, ierosinot Rb Fg= 2→Fe=2 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 10 μW; 25 μW; 50 μW; 100 μW; 200 μW; 400 μW; 800 μW un skenējot magnētisko lauku līdz aptuveni 3000 gausiem. Katru jaudas mērījumu atkārtojot no 8 līdz 10 reizēm katrai cirkulārajai komponentei.
• Visi eksperimentālie dati tika vidējoti un savietoti ar teorētiskajiem datiem – visiem eksperimentālajiem datiem tika piemeklētas atbilstošās rabi frekvences.

Attēlā parādīta Rabi frekvences atkarība no ierosmes jaudas blīvuma; Datu punkti atbilst piemeklētajām Rabi frekvencēm; Dažādās datu punktu krāsas atbilst dažādiem lāzera viļņa garumiem, uz kuru no norādītajām ⁸⁵Rb D₁ līnijas supersīkstruktūras pārejām tas tika noskaņots

• Darbs pie eksperimentālo datu analīzes: eksperimentālajiem datiem tika piemeklēti atbilstoši koeficienti, kas ļauj tos savietot kopā ar teorētiski aprēķinātajiem signāliem. Tika atrastas koeficientu vērtības labākajai sakritībai atsevišķajām cirkulārajām komponentēm, kā arī panākta laba sakritība to starpībai un cirkularitātei visām mērītājām supersīkstruktūras pārejām un visām jaudas atkarībām.

Attēlā parādīta lāzerinducētās fluorescences cirkularitātes atkarība no magnētiskā lauka; melnie punkti – eksperimentālie dati pie ierosmes jaudas blīvuma 3,6 mW/cm²; sarkanā, zaļā un zilā līkne – teorijas dati pie atbilstošajām Rabi frekvencēm.

• Tiek turpināta eksperimentālo datu analīze, izmantojot LU FMOF Lāzeru centrā izveidotu teorētisko aprēķinu programmu, kas ļauj manipulēt ar koherenču efektiem tos pēc vajadzības slēdzot iekšā vai ārā. Šāda analīze ļauj identificēt signāla struktūras cēloņus un līdz ar to arī fizikālus procesus, kas veido atsevišķas novērotā signāla struktūras.
• Tika gatavots stenda referāta prezentācijas materiāls WOPM 2019 konferencei;
  • Apmeklēta konference "WORKSHOP ON OPTICALLY-PUMPED MAGNETOMETERS 2019", kurā prezentēts stenda referāts, kurā parādīti projektā Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/117 iegūtie rezultāti. Konferences tēzes: "Level-mixing magnetometry in rubidium vapour at room temperature"

• Tika gatavots stenda referāta prezentācijas materiāls LP 2019 konferencei;
  • Apmeklēta konference "Laser Physics 2019", kurā prezentēts stenda referāts, kurā parādīti projektā Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/117 iegūtie rezultāti. Konferences tēzes: "Observation of angular-momentum alignment-to-orientation conversion in the ground-state of rubidium"
• Tika gatavots stenda referāta prezentācijas materiāls OPTICS 2019 konferencei;
  • Apmeklēta konference "The 7th International Symposium “Optics & its applications 2019”", kurā prezentēts stenda referāts, kurā parādīti projektā Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/117 iegūtie rezultāti. Konferences tēzes: "Application of magneto-optical signals from Rb D1 line in magnetometry"
• Tika veikta vizīte pie sadarbības partnera "Institute of Physical Research NAS of Armenia" projekta mobilitātes ietvaros, kuras laikā tika izskaidrots sārmu metālu saturošo nanošūnu izgatavošanas process; skaidrotas arī nanošūnas sildīšanas iespējas, tika diskutēts par iespējamajām ierosmes un novērošanas ģeometrijām, kā arī tika organizētas laboratoriju vizītes, kuru laikā skaidroti un aktīvie eksperimenti ar nanošūnām, kas tiek īstenoti "Institute of Physical Research NAS of Armenia".
• Sākts darbs pie publikācijas gatavošanas, kurā tiks iekļauti projektā Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/117 iegūtie rezultāti.

Laika periodā no 01.11.2019. - 31.01.2020. paveiktais:

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Tiek turpināta eksperimentālo datu analīze, izmantojot LU FMOF Lāzeru centrā izveidotu teorētisko aprēķinu programmu, kas ļauj manipulēt ar koherenču efektiem tos pēc vajadzības slēdzot iekšā vai ārā. Tika veiktas šādas trīs galvenās manipulācijas ar teorētisko modeli, lai spētu skaidrot dažādo efektu ietekmi novēroto signālu formās:

i - koherentie efekti tika slēgti iekšā un ārā, blīvuma matricas nediagonālos elementus iestatot uz nulles vērtību. Tas tika paveikts palielinot relaksācijas ātrumu γ tikai nediagonālajiem elementiem līdz vērtībai, kas bija miljards reižu lielāka kā γ diagonālajiem elementiem. Šis ļauj novērot koherenču pārneses ietekmi no pamatstāvokļa uz ierosināto stāvokli.

ii - Tika iegūta papildus informācija no blīvuma matricas, veicot tās izvirzīšanu stāvokļu multipolu momentos. Konkrēti ρ11 stāvokļa multipols ir tas, kurš tieši norāda uz leņķiskā momenta orientāciju šķērseniskajā plaknē.

iii - blīvuma matricas nediagonālie elementi tiek attiecināti uz koherencēm starp magnētiskajiem apakšlīmeņiem. Δm=1 koherencēm atbilst matricas elementi ar indeksiem m, m+1, piemēram, ρ12. Novērojot šo elementu atkarību no magnētiskā lauka, var secināt, kuri magnētiskie apakšlīmeņi ir iesaistīti leņķiskā momenta orientācijā pie konkrētajām magnētiskā lauka vērtībām.

• Aprēķinātās un saglabātās blīvuma matricas tika rēķinātas atsevišķām ātruma grupām, kas ļauj arī redzēt to, kā Doplera efekts ietekmē kopējo novērotā cirkularitātes signāla formu. Šāda analīze ļauj identificēt signāla struktūras cēloņus un līdz ar to arī fizikālus procesus, kas veido atsevišķas novērotā signāla struktūras.
• Tiek turpināts darbs pie publikācijas gatavošanas, kurā tiks iekļauti projektā Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/117 iegūtie rezultāti.

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana K atomos:

• Tiek veidota eksperimentālā iekārta LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana K atomos.

- Kālija tvaiku šūnas sagatavošana eksperimentālajiem fluorescences novērojumiem. Šūnas ārējās virsmas tīrīšana, šūnas turētāja sagatavošana tā ievietošanai starp spoļu poliem.

- Lāzera rezonatora justēšana, lai panāktu nepieciešamā viļņu garuma ģenerēšanu. Lāzera starojuma frekvences justēšana.

Laika periodā no 01.02.2020. - 30.04.2020. paveiktais:

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Ir sagatavots publikācijas melnraksts, kurā ir iekļauti projektā Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/117 iegūtie rezultāti, un notiek iesniegšanas saskaņošanas process ar zinātniskā žurnāla redakciju (Physical Review A).

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana K atomos:

• Veikta teorētisko lāzerinducētās fluorescences (LIF) signālu simulācija Cs atomiem, iegūstot divu cirkulāro LIF komponenšu, to starpības un cirkularitātes atkarību no magnētiskā lauka pie dažādām supersīkstruktūras pārejām, katrai pie vairākām ierosinošā lāzera starojuma Rabi frekvencēm.
• Veikts Cs LIF signālu, salīdzinājums ar K atomos modelētajiem datiem, kā rezultāta tika secināts, ka Cs atomos arī ir iespējams novērot leņķiskā momenta izkārtošanas pāreju orientācijā (IPO).
• Signālu būtiskās atšķirības dēļ tālākos eksperimentos plānots izmantot Cs atomus.
• Tiek modelēti un izvērtēti eksperimentālās iekārtas papildinājumi, kas ļautu labāk eksperimentāli izšķirt pamatstāvokļa koherentos efektus no ierosinātā stāvokļa efektiem.

Attēlā redzami piemēri LIF signālu teorētiskajām līknēm ¹³³Cs (D₁) F_g=3 – F_e=3 supersīkstruktūras pārejai ar Rabi frekvenci 1 MHz. Sagaidāmā cirkularitāte šai pārejai ir apmēram 2.7%.

Laika periodā no 01.05.2020. - 31.07.2020. paveiktais:

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana Rb atomos:

• Ir sagatavota publikācija, kurā ir iekļauti projektā Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/117 iegūtie rezultāti, un ir veikta recenzentu komentāru labojumi, un tā iesniegta atkārtoti publicēšanai zinātniskā žurnāla redakcijā (Physical Review A).

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana K atomos:

• Pēc modelētajiem datiem un eksperimentālās iekārtas papildinājumu izvērtēšanas, secināts, ka pamatstāvokļa IPO signālus izteiktāk varēs novērot ierosinot Cs atomu D1 līnijas pārejas ar lineāri polarizētu lāzera starojumu, un novērojot cirkulāri polarizēta Cs D2 līnijas pārejām atbilstoša lāzera starojuma absorbciju.

• Tiek veidota divu lāzeru eksperimentālā iekārta - tiek veidots abu lāzera staru gaita, optisko elementu, kas nodrošinās atbilstošās polarizācijas īpašības ievietošana eksperimentālajā iekārtā. Kā arī tiek justēta abu lāzeru starojuma frekvence pēc piesātinājuma absorbcijas spektra signāla.
• Papildus tam tiek veidota signāla novērošanas daļa - novērošanai nepieciešamās optikas ievietošana eksperimentā un uztvertā signāla pastiprināšanas elektronikas uzlabošana.
• Veikta teorētisko Cs D2 lāzera absorbcijas signālu simulācija ar Cs D1 lāzera ierosmi, iegūstot divu cirkulāro absorbcijas komponenšu, to starpības un cirkularitātes atkarību no magnētiskā lauka pie dažādām supersīkstruktūras pārejām, katrai pie vairākām ierosinošā lāzera starojuma Rabi frekvencēm.

Attēlā redzami piemēri lāzera stara absorbcijas signālu teorētiskajām līknēm ¹³³Cs (D₂) F_g=4 – F_e=4 supersīkstruktūras pārejai ar Rabi frekvenci 5 MHz. Sagaidāmā cirkularitāte šai pārejai ir apmēram 0.001‰.

Laika periodā no 01.08.2020. - 31.10.2020. paveiktais:

Eksperimentu veikšana - LIF signālu reģistrēšana un IPO novērošana K atomos:

· Eksperimentu veikšana – ierosinot Cs D1 Fg= 4→Fe=3 supersīkstruktūras pāreju ar lāzera jaudu 300, 200, 100, 50, 10, 5 mW un skenējot magnētisko lauku līdz aptuveni 3000 gausiem tika novērots divu pretēji cirkulāri polarizēto transmisijas komponenšu signāli zondējoša stara frekvenci stabilizējot uz Cs D2 Fg= 4→Fe=(3;5). Katru jaudas mērījumu atkārtojot no 8 līdz 10 reizēm katrai cirkulārajai komponentei.

· Eksperimentālie dati tika vidējoti un savietoti ar teorētiskajiem datiem – tika meklētas atbilstošās Rabi frekvences.

Attēlā redzami atsevišķu cirkulāri polarizēto gaismas komponenšu transmisijas signāli: Kad pumpējošais lāzers ir izslēgts: melnie punkti (eksperimentālie dati) un sarkanā līkne (teorijas dati); Kad pumpējošais lāzers ir ieslēgts: zilie punkti (eksperimentālie dati) un zaļā līkne (teorijas dati).

· Ir sagatavots publikācijas melnraksts, kurā ir iekļauti projekta Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/117 ceturtajā aktivitātē iegūtie rezultāti.