Физики создали микроволновый холодильник для молекул и установили рекорд охлаждения

Исследователи разработали новый метод охлаждения полярных молекул. Им удалось снизить температуру молекулярного газа до 21 нанокельвина (нК).

Физики использовали вращающееся микроволновое поле для охлаждения газа, состоящего из полярных молекул, до рекордно низких температур. Эта технология поможет лучше изучить квантовые состояния материи и их свойства.

Для своих экспериментов исследователи использовали газ, состоящий из молекул натрия и калия, которые удерживались в оптической ловушке с помощью лазерного излучения. Физики охлаждали газ с помощью испарительного охлаждения — технологии, которая применяется для отдельных атомов.

Вакуумная камера, в которой генерируется сверххолодный газ. Изображение: Общество Макса Планка

Принцип работы этого метода основан на столкновении частиц в магнитной ловушке. Отдельные атомы, сталкиваясь друг с другом, передают часть своей кинетической энергии. С течением времени отдельные атомы становятся гораздо энергичнее, чем другие, и они покидают ловушку, снижая энергию системы и температуру группы атомов, оставшихся в ней.

Для полярных молекул характерно неравномерное распределение электрического заряда, объясняют ученые. В отличие от свободных атомов, они могут вращаться, вибрировать, притягиваться или отталкиваться друг от друга. Они ведут себя как крошечные магниты и могут слипаться, препятствуя охлаждению.

Чтобы устранить это ограничение, исследователи использовали специально подготовленное электромагнитное поле, которое служит энергетическим щитом для молекул и не дает им сцепляться и слипаться. Под действием поля, если две молекулы подходят слишком близко друг к другу, они могут обмениваться кинетической энергией, но в то же время они выстраиваются таким образом, что отталкивают друг друга и быстро движутся в разные стороны.

Натриевый лазер, генерирующий желтый свет для лазерного охлаждения и визуализации атомов натрия. Изображение: Общество Макса Планка

Для создания микроволнового поля с требуемыми свойствами исследователи поместили спиральную антенну под оптическую ловушку, содержащую газ из молекул натрия-калия. В этой экспериментальной установке молекулы стали сталкиваться гораздо чаще, в среднем около 500 раз на молекулу.

В результате всего через треть секунды температура достигла примерно 21 нК, что значительно ниже критической «температуры Ферми», предела ниже которого квантовые эффекты определяют поведение газа.

Исследователи считают, что новая технология охлаждения позволит создавать и изучать различные квантовые формы материи, которые ранее были предсказаны теоретически.

Фото на обложке: художественное изображение микроволнового холодильника для газа. Источник: Общество Макса Планка


Читать далее:

Сверхзвуковой самолет будет летать со скоростью 2 000 км/ч и пересечет океан за 3,5 часа

Ученые сняли на видео странное существо с щупальцами, которое приняли за цветок

Создан квантовый компьютер, который «вышел за пределы двоичной системы»

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Больше миллиона Гбит в секунду: японцы побили рекорд скорости передачи данных по оптоволокну
Новости
Хаос во благо: физики создали новый инструмент для квантового мира
Наука
Hugging Face выпустила недорогих человекоподобных роботов с открытым кодом
Новости
Китайский аккумулятор для электромобиля выдержал наезд 36-тонного танка
Новости
Воспитанники детских домов изучат основы работы с нейросетями
Новости
Четвероногий робот из Цюриха научился играть в бадминтон с людьми
Новости
В MIT раскрыли механизм набора веса из-за жирной пищи и как обратить его вспять
Наука
60 000 лет рядом: ученые выяснили, кто стал первым паразитом человека
Наука
Ректора Университета Иннополис избрали членом-корреспондентом РАН
Иннополис
В Корее робопса научили паркуру и бегу по стенам: посмотрите, что он может
Новости
Древний череп «человека-муравья» нашли в Аргентине
Наука
На селфи марсохода попал неожиданный объект: его заметили не сразу
Космос
Посмотрите на двух морских коньков, которых застукали за «поцелуем» в океане
Наука
Почти 10 000 роутеров Asus тайно заразили: как проверить свой и защититься
Новости
Ракета будет доставлять товары с AliExpress за час по всему миру: ее испытали в Китае
Новости
В России пригрозили «душить» иностранные сервисы: кто в опасности
Новости
Boston Dynamics усовершенствовала систему восприятия гуманоидного робота Atlas
Новости
Наклейка на лоб анализирует мозговые волны и предсказывает переутомление
Наука
Посмотрите на робота-трансформера, который меняет форму прямо в полете
Новости
Китай отправил миссию за образцами горных пород с квазиспутника Земли
Космос