I fisici hanno utilizzato un campo di microonde rotante per raffreddare un gas composto da molecole polari
Per i loro esperimenti, i ricercatoriutilizzava un gas costituito da molecole di sodio e potassio, che venivano mantenute in una trappola ottica mediante radiazione laser. I fisici hanno raffreddato il gas utilizzando il raffreddamento evaporativo, una tecnica che viene applicata ai singoli atomi.
Camera a vuoto in cui viene generato gas superfreddo. Immagine: Società Max Planck
Il principio di funzionamento di questo metodo si basa sucollisione di particelle in una trappola magnetica. I singoli atomi, scontrandosi tra loro, trasferiscono parte della loro energia cinetica. Nel tempo, i singoli atomi diventano molto più energetici di altri e lasciano la trappola, riducendo l'energia del sistema e la temperatura del gruppo di atomi che vi rimangono.
Le molecole polari sono caratterizzate da irregolarila distribuzione della carica elettrica, spiegano gli scienziati. A differenza degli atomi liberi, possono ruotare, vibrare, attrarsi o respingersi a vicenda. Si comportano come minuscoli magneti e possono attaccarsi tra loro prevenendo il raffreddamento.
Per superare questa limitazione, i ricercatoriutilizzato un campo elettromagnetico appositamente preparato, che funge da scudo energetico per le molecole e non consente loro di aderire e aderire insieme. Sotto l'influenza del campo, se due molecole si avvicinano troppo, possono scambiarsi energia cinetica, ma allo stesso tempo si allineano in modo tale da respingersi e muoversi rapidamente in direzioni diverse.
Laser al sodio che genera luce gialla per il raffreddamento laser e la visualizzazione degli atomi di sodio. Immagine: Società Max Planck
Per creare un campo microonde con il richiestoproprietà, i ricercatori hanno posizionato un'antenna elicoidale sotto una trappola ottica contenente un gas di molecole di sodio e potassio. In questa configurazione sperimentale, le molecole hanno iniziato a scontrarsi molto più frequentemente, in media circa 500 volte per molecola.
Di conseguenza, dopo solo un terzo di secondo, la temperatura ha raggiunto circa 21 nK, che è ben al di sotto della "temperatura di Fermi" critica, il limite al di sotto del quale gli effetti quantistici determinano il comportamento del gas.
I ricercatori ritengono che la nuova tecnologia di raffreddamento consentirà la creazione e lo studio di varie forme quantistiche di materia che erano state precedentemente previste in teoria.
Foto di copertina: rendering artistico di un frigorifero a gas a microonde. Fonte: Società Max Planck
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