Свет, проходящий сквозь прозрачный кристалл, может незаметно менять свой цвет. Так работают многие лазеры: крошечная добавка редкоземельного металла заставляет кристалл светиться. Но один и тот же металл в разных кристаллах ведёт себя по-разному — и физики изучили этот каприз на примере иттербия.

Они взяли два очень похожих кристалла — фторид бария и фторид кальция — и добавили в каждый ничтожное количество иттербия (меньше двух десятых процента). Рентген показал, что оба кристалла остались идеально ровными, без трещин и перекосов. Но когда за дело взялись более чувствительные приборы, выяснилось: иттербий в них чувствует себя совсем не одинаково. В одном кристалле он предпочитает отдавать два электрона и оставаться электрически спокойным, а в другом — отдавать три и создавать вокруг себя лёгкое электрическое напряжение.

Разница оказалась не в общей прочности кристаллической решётки, а в том, как именно атомы бария или кальция уживаются с ионами иттербия. Два хозяина принимают одного гостя: в одном доме гостю тесно и он всё время задевает мебель, а в другом — просторно и он спокойно сидит на месте. Так и здесь: ион бария крупнее и создаёт вокруг иттербия больше «шевеления», а ион кальция — меньше. Это влияет на то, как кристалл поглощает и излучает свет. В кристалле с кальцием световые волны слегка «расщепляются» — как белый луч, проходящий сквозь призму, — а в кристалле с барием такого почти нет. Понимание этой тонкой настройки позволяет заранее выбирать кристалл под конкретную задачу — будь то лазерный скальпель или детектор мельчайших частиц.