Физика

Физикам удалось охладить молекулы до рекордно низкой температуры

Jian-wei Pan's team

В течение многих лет ученые искали способы охлаждения молекул до ультранизких температур, при которых молекулы должны замедляться практически до полной остановки, что позволяет ученым точно контролировать их квантовое поведение. Теперь команда физиков из Массачусетского технологического института нашла способ понизить температуру молекул лития-натрия вплоть до 220 нанокельвинов — что является рекордом. Об открытии исследователи поведали в журнале Nature.

Испарительное охлаждение — это стандартная методика, используемая для понижения температуры атомов с использованием других, более холодных, атомов. В течение более чем десяти лет исследователи пытались охладить таким образом ряд различных молекул до ультрахолодных температур. Однако частицы сталкивались так, что атомы передавали дополнительную энергию или вращение молекулам. Из-за этого последние получали импульс для вылета из ловушки или просто разрушались. Такие явления назывались «плохими» столкновениями.

Исследователи из MIT во главе с нобелевским лауреатом 2001 года Вольфгангом Кеттерле задались вопросом, можно ли избежать этого эффекта, если сталкивать молекулы и атомы, имеющие один и тот же спин. Тогда те участвовали бы только в «хороших» столкновениях, где атомы забирают тепловую энергию молекул. Они хотели проверить свою идею с помощью служившего охладителем натрия и лития-натрия — молекулы, состоящей из лития и натрия.

Однако прежде ее необходимо было получить. Для этого физики с помощью системы из более чем 20 лазеров и магнитных полей в вакуумной камере ловили и охлаждали атомы лития и натрия вплоть до температуры примерно в два микрокельвина. Это, по словам авторов, оптимальная температура для создания молекул лития-натрия. Как только исследователям удавалось создать достаточное количество таких молекул, они направили на смесь лазерные лучи определенной частоты и поляризации для управления квантовым состоянием молекул и тщательно настроили микроволновые поля, чтобы сделать спины частиц одинаковыми. В результате исследователи добились высокого соотношения между «хорошими» и «плохими» столкновениями.

Это позволило понизить температуру системы до 220 нанокельвинов без ее разрушения, что на сегодняшний день является рекордом — с использованием других методов удавалось охлаждать молекулы лишь до десяти милликельвин. Более того, время, на протяжении которого поддерживались такие значения, также значительное — секунда. Если команда сможет понизить температуру молекул лития-натрия еще в пять раз, то, по расчетам, они достигнут так называемого режима квантового вырождения, когда отдельные молекулы становятся неразличимыми, а их коллективное поведение определяется только законами квантовой механики.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.