Fysiker använde ett roterande mikrovågsfält för att kyla en gas av polära molekyler till
För sina experiment, forskareanvände en gas bestående av natrium- och kaliummolekyler, som hölls i en optisk fälla med hjälp av laserstrålning. Fysikerna kylde gasen med evaporativ kylning, en teknik som tillämpas på enskilda atomer.
Vakuumkammare där superkall gas genereras. Bild: Max Planck Society
Funktionsprincipen för denna metod är baserad påkollision av partiklar i en magnetfälla. Individuella atomer, som kolliderar med varandra, överför en del av sin kinetiska energi. Med tiden blir enskilda atomer mycket mer energiska än andra, och de lämnar fällan, vilket minskar systemets energi och temperaturen hos gruppen av atomer som finns kvar i det.
Polära molekyler kännetecknas av ojämnafördelningen av elektrisk laddning, förklarar forskarna. Till skillnad från fria atomer kan de rotera, vibrera, attrahera eller stöta bort varandra. De beter sig som små magneter och kan hålla ihop och förhindra kylning.
För att övervinna denna begränsning, forskareanvände ett speciellt förberett elektromagnetiskt fält, som fungerar som en energisköld för molekyler och inte tillåter dem att fästa och hålla ihop. Om två molekyler under påverkan av fältet kommer för nära varandra kan de utbyta kinetisk energi, men samtidigt radas de upp på ett sådant sätt att de stöter bort varandra och rör sig snabbt i olika riktningar.
Natriumlaser som genererar gult ljus för laserkylning och visualisering av natriumatomer. Bild: Max Planck Society
För att skapa ett mikrovågsfält med de nödvändigaegenskaper placerade forskarna en spiralformad antenn under en optisk fälla som innehöll en gas av natrium-kaliummolekyler. I denna experimentella uppställning började molekylerna att kollidera mycket oftare, i genomsnitt cirka 500 gånger per molekyl.
Som ett resultat, efter bara en tredjedel av en sekund, nådde temperaturen cirka 21 nK, vilket är långt under den kritiska "Fermi-temperaturen", gränsen under vilken kvanteffekter bestämmer gasens beteende.
Forskarna tror att den nya kyltekniken kommer att möjliggöra skapandet och studier av olika kvantformer av materia som tidigare förutspåtts teoretiskt.
Omslagsfoto: Konstnärlig återgivning av ett mikrovågsgaskylskåp. Källa: Max Planck Society
Läs mer:
Överljudsplanet kommer att flyga med en hastighet av 2 000 km/h och korsa havet på 3,5 timmar
Forskare filmade en märklig varelse med tentakler, som de antog för en blomma
Skapade en kvantdator som "gick bortom det binära systemet"