物理学者は、回転マイクロ波場を使用して、極性分子のガスを冷却しました。
彼らの実験のために、研究者はは、レーザー放射を使用して光トラップに保持されたナトリウム分子とカリウム分子からなるガスを使用しました。物理学者は、個々の原子に適用される技術である蒸発冷却を使用してガスを冷却しました。
超低温ガスを発生させる真空チャンバー。画像: マックス・プランク協会
この方法の動作原理はに基づいています磁気トラップ内の粒子の衝突。個々の原子が互いに衝突すると、運動エネルギーの一部が移動します。時間の経過とともに、個々の原子は他の原子よりもはるかにエネルギーが高くなり、トラップを離れ、システムのエネルギーとそこに残っている原子グループの温度が低下します。
極性分子は凹凸が特徴です電荷の分布、科学者は説明します。自由原子とは異なり、それらは互いに回転、振動、引き付け、または反発することができます。それらは小さな磁石のように振る舞い、くっついて冷却を防ぎます。
この制限を克服するために、研究者は特別に準備された電磁場を使用しました。これは、分子のエネルギーシールドとして機能し、分子が付着してくっつかないようにします。電界の影響下で、2 つの分子が互いに近づきすぎると、運動エネルギーを交換できますが、同時に、互いに反発し、異なる方向にすばやく移動するように整列します。
ナトリウム原子のレーザー冷却と可視化のための黄色光を生成するナトリウム レーザー。画像: マックス・プランク協会
必要なマイクロ波場を作成するには研究者は、ナトリウム-カリウム分子のガスを含む光トラップの下にヘリカル アンテナを配置しました。この実験設定では、分子ははるかに頻繁に衝突し始め、分子あたり平均約 500 回でした。
その結果、わずか 3 分の 1 秒後に、温度は約 21 nK に達しました。これは、量子効果がガスの挙動を決定する限界である臨界「フェルミ温度」をはるかに下回っています。
研究者は、新しい冷却技術により、以前は理論的に予測されていたさまざまな量子形態の物質の作成と研究が可能になると考えています。
カバー写真: 電子レンジガス冷蔵庫の芸術的なレンダリング。出典: マックス・プランク協会
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