Molekulák hűtött közel abszolút nulla csak összetört egy új fizikai rekord
a kétlépcsős hűtési folyamat segítségével lézerek lehetővé tette a fizikusok, hogy álljon molekulák kalcium-monofluorid le a rekord alacsony hőmérséklet, mellszobor egy akadályt, amely eddig már járhatatlan.
évtizedekkel ezelőtt az egyes atomok abszolút nulla közeli hűtése új kutatási világot nyitott meg a részecskefizikusok számára. Ez a legújabb áttörés termékeny talajt nyújthat ahhoz is, hogy többet megtudjunk arról, hogyan viselkednek az atomok, amikor molekulákként kötődnek egymáshoz.
az Imperial College London Hideganyag-Központjának kutatói által végzett rekordhűtési folyamat nem sokban különbözik az atomok hűtésére használt folyamatoktól.
a mozgó részecske forró részecske, ami azt jelenti, hogy egy atom vagy egy molekula lehűléséhez egyszerűen le kell lassítani a zümmögését.
ennek egyik módja az, hogy kihasználjuk az atomok fénykvantumainak elnyelését és kibocsátását, potenciálisan elveszítve a folyamat lendületét.
egy adott frekvenciára hangolt lézer a mágneses mező által zárt térben csapdába eső atomokra irányul.
ha az atom távolodik a fénytől, akkor az általa tapasztalt frekvencia Doppler kissé eltolódik a spektrum vörös vége felé. Ha a részecske a sugárba mozog, akkor az azt eltaláló frekvencia a kék vég felé tolódik.
ennek a frekvenciának a megfelelő elérése azt jelenti, hogy az adott sebességgel a lézerbe mozgó atomok elnyelik a fény fotonját. Ez egy új energiaszintre emeli az egyik elektronját, amely véletlenszerű irányba bocsát ki egy fotont, amikor leereszkedik.
a részecskékre elosztva ez a fotonkibocsátás az atomok lendületének általános csökkenését jelenti, fokozatosan lelassítva őket.
ez a Doppler-hűtésnek nevezett folyamat csak olyan hideg részecskéket képes elérni, mivel a fotonok kibocsátásával elvesztett energiát kiegyensúlyozza az atomok által a csapdában kapott energia.
az egyes atomok ezen az úgynevezett Doppler-határon túl hűthetők különféle más technikákkal, lehetővé téve a fizikusok számára, hogy mindössze 50 billió kelvin, vagy 0,00000000005 fokos abszolút nulla feletti észbontó hőmérsékletet érjenek el.
de eddig a fizikusoknak csak arra sikerült kényszeríteniük az atomokat, hogy hideg állapotban molekulákat készítsenek, vagy a meglévő stroncium-fluorid molekulákat a Doppler-határ feletti hőmérsékletre hűtsék.
bonyolultabb rendszerekbe kötve az atomok egyszerűen nem reagálnak olyan megbízhatóan ugyanazokra a hűtési trükkökre.
a határok kitolása érdekében a kutatók egy csomó kalcium-monofluorid molekulát tartottak a helyükön mágneses mezők és lézerek kombinációjával, amelyet magneto-optikai csapdának neveztek.
ez elég volt ahhoz, hogy Levigyék őket a Doppler-határig. Ahhoz, hogy átjuthassanak a vonalon, a kutatók egy második technikát alkalmaztak, az úgynevezett Sisyphus hűtést.
ha emlékszel a görög mítoszokra, Sziszüphosz király volt a halálra ítélt lélek, akit arra kényszerítettek, hogy örökké egy sziklát tolja fel a hegyre, csak azért, hogy a másik oldalon guruljon le, mindezt azért, mert olyan uralkodó volt, aki szerette meggyilkolni vendégeit.
ez a végtelen munka-out rutin csak az a fajta dolog, hogy sap részecskék az energia.
hegy helyett a fizikusok egy pár ellentétes lézert használnak, amelyek polarizáltak oly módon, hogy egy részecskét felfelé kényszerítsenek egy energiahegyre, elveszítve ezzel a folyamat lendületét.
ez lehetővé tette a kutatók számára, hogy a kalcium-monofluoridot 50 mikrokelvin hőmérsékletre húzzák, vagy 50 milliomod fokkal az abszolút nulla fölé.
ez még mindig messze van attól, hogy milyen hideg lehet az egyes atomok előállítása, de jobb, mint a stroncium-fluorid molekulákkal elért 400 mikrokelvin korábbi rekordja.
az abszolút nulla elméleti hőmérsékleti fala olyan, mint a Zénó részecskefizikai paradoxona – egy mozgó részecskéből csak az energia töredékét tudjuk kivágni, így matematikai képtelenség, hogy egy részecskének soha ne legyen hője.
de a végtelen cél felé való nyúlás lehetővé tette számunkra, hogy soha nem látott részletességgel tanulmányozzuk a részecskéket, furcsa új viselkedéseket mutatva, és lehetővé téve számunkra, hogy tanulmányozzuk, hogyan keletkeznek az őket összetartó erők.
nem kétséges, hogy ez az új határ segít bővíteni ismereteinket a kémia működéséről alapvető szinten.
ez a kutatás a Nature Physics-ben jelent meg.
