Fyzici použili rotující mikrovlnné pole k ochlazení plynu s polárními molekulami
Za své experimenty, výzkumnícipoužil plyn sestávající z molekul sodíku a draslíku, které byly pomocí laserového záření drženy v optické pasti. Fyzici ochladili plyn pomocí odpařovacího chlazení, což je technika, která se aplikuje na jednotlivé atomy.
Vakuová komora, ve které vzniká superchladný plyn. Obrázek: Společnost Maxe Plancka
Princip fungování této metody je založen nakolize částic v magnetické pasti. Jednotlivé atomy, které se navzájem srážejí, předávají část své kinetické energie. Postupem času se jednotlivé atomy stávají mnohem energetičtějšími než ostatní a opouštějí past, čímž snižují energii systému a teplotu skupiny atomů, které v něm zůstávají.
Polární molekuly se vyznačují nerovnoměrnostídistribuce elektrického náboje, vysvětlují vědci. Na rozdíl od volných atomů se mohou navzájem otáčet, vibrovat, přitahovat nebo odpuzovat. Chovají se jako malé magnety a mohou se slepit a zabránit ochlazení.
Aby toto omezení překonali, výzkumnícipoužil speciálně upravené elektromagnetické pole, které slouží jako energetický štít pro molekuly a nedovolí jim přilnout a slepit se. Pokud se pod vlivem pole dvě molekuly příliš přiblíží k sobě, mohou si vyměnit kinetickou energii, ale zároveň se seřadí tak, že se odpuzují a rychle se pohybují různými směry.
Sodíkový laser generující žluté světlo pro chlazení laseru a vizualizaci atomů sodíku. Obrázek: Společnost Maxe Plancka
Chcete-li vytvořit mikrovlnné pole s požadovanýmvědci umístili spirálovou anténu pod optickou past obsahující plyn molekul sodíku a draslíku. V tomto experimentálním uspořádání se molekuly začaly srážet mnohem častěji, v průměru asi 500krát na molekulu.
Výsledkem bylo, že po pouhé třetině sekundy teplota dosáhla asi 21 nK, což je hluboko pod kritickou „Fermiho teplotou“, hranicí, pod kterou kvantové efekty určují chování plynu.
Vědci věří, že nová technologie chlazení umožní vytváření a studium různých kvantových forem hmoty, které byly dříve teoreticky předpovězeny.
Titulní fotografie: Umělecké vyobrazení mikrovlnné plynové chladničky. Zdroj: Společnost Maxe Plancka
Přečtěte si více:
Nadzvukové letadlo poletí rychlostí 2000 km/h a přeletí oceán za 3,5 hodiny
Vědci natočili podivného tvora s chapadly, které si spletli s květinou
Vytvořil kvantový počítač, který „přesáhl binární systém“