Трехатомные молекулы впервые охладили ниже милликельвина

При помощи техники под названием «Сизифово охлаждение» физикам удалось получить ультрахолодные трехатомные молекулы SrOH. Статья об открытии опубликована в журнале Physical Review Letters.

Одним из основных методов получения вещества при сверхнизких температурах является используемое с 1970-х годов лазерное охлаждение. Этот способ основан на испускании фотонов атомом или молекулой при совпадении уровней энергии с энергией охлаждающего лазера. В случае молекул использование этой техники сильно затруднено, так как электронная структура многоатомных систем осложнена наличием вращательных и колебательных степеней свободы. В такой ситуации электрон после возбуждения может оказаться не на том энергетическом уровне, на который настроен лазер, что останавливает процесс охлаждения данной молекулы.

Джон Дойл и его коллеги из Гарвардского университета решили охладить молекулу моногидроксида стронция SrOH, которая обладает подходящим свойством: один из ее электронов оптически активен и слабо участвует в молекулярной связи. Они предварительно охладили молекулы до 50 милликельвинов, а затем использовали Сизифово охлаждение для понижения температуры до 750 микрокельвинов. В этом процессе частицы вынуждены взбираться вверх по «холму» потенциальной энергии, образованному стоячей волной лазерного излучения, причем испускание происходит таким образом, что молекула переносится вниз холма и продолжает терять кинетическую энергию.

Авторы утверждают, что подобным способом можно охладить молекулы специфической структуры, состоящие из гораздо большего количества атомов. Подобные системы могут найти применение в области квантовых компьютеров, поисках дрейфа фундаментальных констант и даже изучении возможных физических различий хиральных молекул. «Можно использовать лазерное излучение не только для охлаждения молекул, но и для точного управления их состоянием», — говорит один из авторов работы, Иван Козырев. Например, если регулировать, какие части молекулы колеблются, можно записывать на них информацию.