Физики охладили молекулу ниже лимита Доплера

Для того чтобы охладить элементарную частицу, атом или молекулу, надо замедлить ее. Один из способов сделать это — воспользоваться тем, как атомы абсорбируют и излучают кванты света, теряя в процессе часть импульса. Лазер, настроенный на соответствующую частоту, нацеливается на атомы, пойманные в ограниченном пространстве магнитным полем. Если частота выбрана правильно, атом может абсорбировать фотон. Тогда один из его электронов поднимается на новый энергетический уровень, а потом, когда возвращается, излучает фотон в случайном направлении с большей энергией.

Эта эмиссия фотонов приводит к снижению импульса атомов и постепенному их замедлению. Этот процесс называется доплеровским охлаждением и может охладить частицы только до такой степени, чтобы энергия, потерянная при излучении фотонов, уравновешивалась той, которую атомы получают.

Десятилетия назад физики научились охлаждать отдельные атомы ниже лимита Доплера и постепенно понижали температуру до 50 триллионных Кельвина. Но провернуть то же самое с молекулами до сих пор не получалось.

Британские ученые использовали в своем эксперименте молекулы монофлюорида кальция и поймали их в магнитно-оптическую ловушку. Это позволило охладить молекулы до лимита Доплера. Для того чтобы пойти дальше, пришлось применить второй метод — сизифово охлаждение, в результате которого с помощью двух лазеров частица лишилась импульса. Это и позволило исследователям снизить температуру до 50 микрокельвинов или 50 миллионных градуса выше абсолютного нуля. Предыдущий рекорд для молекул флюорида стронция составлял 400 микрокельвинов.

Замедление частиц позволяет изучить их поведение во всех поразительных подробностях. В первую очередь, ученых интересуют те силы, которые удерживают их вместе, пишет Science Alert.

С помощью мощного рентгеновского лазера ученые лаборатории SLAC неожиданно для себя добились эффекта молекулярной черной дыры. Под воздействием луча лазера атом йода потерял не менее 54 электронов.