Fizycy wykorzystali wirujące pole mikrofalowe do schłodzenia gazu zbudowanego z cząsteczek polarnych, aby
Do swoich eksperymentów naukowcyużył gazu składającego się z cząsteczek sodu i potasu, które były utrzymywane w pułapce optycznej za pomocą promieniowania laserowego. Fizycy schłodzili gaz za pomocą chłodzenia wyparnego, techniki stosowanej do poszczególnych atomów.
Komora próżniowa, w której generowany jest superzimny gaz. Zdjęcie: Towarzystwo Maxa Plancka
Zasada działania tej metody opiera się nazderzenie cząstek w pułapce magnetycznej. Poszczególne atomy, zderzając się ze sobą, przekazują część swojej energii kinetycznej. Z biegiem czasu poszczególne atomy stają się znacznie bardziej energetyczne od innych i opuszczają pułapkę, zmniejszając energię układu i temperaturę grupy pozostających w nim atomów.
Cząsteczki polarne charakteryzują się nierównomiernościąrozkład ładunku elektrycznego, wyjaśniają naukowcy. W przeciwieństwie do wolnych atomów mogą się obracać, wibrować, przyciągać lub odpychać. Zachowują się jak maleńkie magnesy i mogą się sklejać, zapobiegając wychłodzeniu.
Aby przezwyciężyć to ograniczenie, naukowcyzastosował specjalnie przygotowane pole elektromagnetyczne, które służy jako tarcza energetyczna dla cząsteczek i nie pozwala im przylegać i sklejać się. Pod wpływem pola, jeśli dwie cząsteczki zbliżą się zbyt blisko siebie, mogą wymieniać energię kinetyczną, ale jednocześnie ustawiają się w taki sposób, że odpychają się i szybko poruszają w różnych kierunkach.
Laser sodowy generujący żółte światło do chłodzenia lasera i wizualizacji atomów sodu. Zdjęcie: Towarzystwo Maxa Plancka
Aby utworzyć pole mikrofalowe z wymaganymwłaściwości, naukowcy umieścili spiralną antenę pod pułapką optyczną zawierającą gaz z molekuł sodowo-potasowych. W tej konfiguracji eksperymentalnej cząsteczki zaczęły zderzać się znacznie częściej, średnio około 500 razy na cząsteczkę.
W rezultacie, już po jednej trzeciej sekundy, temperatura osiągnęła około 21 nK, czyli znacznie poniżej krytycznej „temperatury Fermiego”, granicy, poniżej której efekty kwantowe determinują zachowanie gazu.
Naukowcy są przekonani, że nowa technologia chłodzenia pozwoli na tworzenie i badanie różnych kwantowych form materii, które wcześniej przewidywano teoretycznie.
Zdjęcie na okładce: Artystyczny wizerunek lodówki mikrofalowej na gazŹródło: Towarzystwo Maxa Plancka
Czytaj więcej:
Samolot naddźwiękowy poleci z prędkością 2000 km/h i przeleci ocean w 3,5 godziny
Naukowcy sfilmowali dziwne stworzenie z mackami, które pomylili z kwiatem
Stworzył komputer kwantowy, który „wykroczył poza system binarny”