Natuurkundigen gebruikten een roterend microgolfveld om een gas van polaire moleculen af te koelen
Voor hun experimenten, onderzoekersgebruikte een gas bestaande uit natrium- en kaliummoleculen, die met laserstraling in een optische val werden gehouden. De natuurkundigen koelden het gas af met verdampingskoeling, een techniek die wordt toegepast op individuele atomen.
Vacuümkamer waarin superkoud gas wordt gegenereerd. Afbeelding: Max Planck Society
Het werkingsprincipe van deze methode is gebaseerd op:botsing van deeltjes in een magnetische val. Individuele atomen, die met elkaar in botsing komen, dragen een deel van hun kinetische energie over. In de loop van de tijd worden individuele atomen veel energieker dan andere, en ze verlaten de val, waardoor de energie van het systeem en de temperatuur van de groep atomen die erin achterblijft verminderen.
Polaire moleculen worden gekenmerkt door ongelijkmatigede verdeling van elektrische lading, leggen de wetenschappers uit. In tegenstelling tot vrije atomen kunnen ze draaien, trillen, elkaar aantrekken of afstoten. Ze gedragen zich als kleine magneten en kunnen aan elkaar plakken waardoor afkoeling wordt voorkomen.
Om deze beperking te overwinnen, hebben onderzoekersgebruikt een speciaal geprepareerd elektromagnetisch veld, dat dient als een energieschild voor moleculen en ervoor zorgt dat ze niet aan elkaar blijven kleven. Als twee moleculen onder invloed van het veld te dicht bij elkaar komen, kunnen ze kinetische energie uitwisselen, maar tegelijkertijd staan ze zo opgesteld dat ze elkaar afstoten en snel in verschillende richtingen bewegen.
Natriumlaser genereert geel licht voor laserkoeling en visualisatie van natriumatomen. Afbeelding: Max Planck Society
Om een microgolfveld te creëren met de vereisteeigenschappen, plaatsten de onderzoekers een spiraalvormige antenne onder een optische val die een gas van natrium-kaliummoleculen bevat. In deze experimentele opstelling begonnen de moleculen veel vaker te botsen, gemiddeld zo'n 500 keer per molecuul.
Als gevolg hiervan bereikte de temperatuur na slechts een derde van een seconde ongeveer 21 nK, wat ruim onder de kritische "Fermi-temperatuur", de limiet waaronder kwantumeffecten het gedrag van het gas bepalen.
De onderzoekers geloven dat de nieuwe koeltechnologie het mogelijk zal maken om verschillende kwantumvormen van materie te creëren en te bestuderen die eerder theoretisch waren voorspeld.
Omslagfoto: artistieke weergave van een magnetron-gaskoelkast. Bron: Max Planck Society
Lees verder:
Het supersonische vliegtuig zal met een snelheid van 2.000 km/u vliegen en in 3,5 uur de oceaan oversteken
Wetenschappers filmden een vreemd wezen met tentakels, die ze aanzagen voor een bloem
Creëerde een kwantumcomputer die "verder ging dan het binaire systeem"