絶対零度に近い温度に冷却された分子は、新しい物理学の記録

レーザーを使用した二段階の冷却プロセスにより、物理学者は一フッ化カルシウムの分子を記録的な低温に押し下げることができ、これまで通過できなかった障壁を破壊した。

数十年前、個々の原子を絶対零度近くに冷却することは、素粒子物理学者のための研究の新しい世界を開きました。 この最新の突破口はまた、分子として一緒に結合したときに原子がどのように振る舞うかについての詳細を学ぶための肥沃な地

Imperial College LondonのCenter for Cold Matterの研究者が行った記録的な冷却の背後にあるプロセスは、原子を冷却するために使用されるものとそれほど違いはありません。

動く粒子は熱い粒子であり、原子または分子のいずれかを冷却することを意味します。

これを行う1つの方法は、原子が光の量子を吸収して放出する方法を利用することであり、その過程でいくらかの運動量を失う可能性がある。

特定の周波数に調整されたレーザーは、磁場によって閉じ込められた空間に閉じ込められた原子を対象としています。

原子が光から離れて移動している場合、それが経験する周波数はドップラーであり、スペクトルの赤い端に向かってわずかにシフトする。 粒子がビーム内に移動している場合、それに当たる周波数は青色の端に向かってシフトします。

その周波数を正しく取得することは、与えられた速度でレーザーに移動する原子が光の光子を吸収できることを意味します。 これは、その電子の1つを新しいエネルギーレベルに押し上げ、それがダウンしたときにランダムな方向に光子を放出します。

粒子の上に広がるこの光子の放出は、原子の運動量の全体的な減少を意味し、徐々にそれらを減速させる。

ドップラー冷却と呼ばれるこのプロセスは、光子を放出することによって失われたエネルギーは、原子がトラップで受け取るエネルギーと釣り合っているため、粒子を非常に冷たくすることしかできません。

個々の原子は、このいわゆるドップラー限界を超えて様々な他の技術で冷却することができ、物理学者は絶対零度よりもわずか50兆ケルビン、すなわち0.00000000005度の心吹いている温度に達することができる。

しかし、これまでの物理学者は、フッ化ストロンチウムの既存の分子をドップラー限界を超える温度に冷却しながら、原子を強制的に分子を作ること

はより複雑な系に結合しているため、原子は同じ冷却トリックに確実に応答しません。

境界を押すために、研究者は磁気光学トラップと呼ばれる磁場とレーザーの組み合わせによって、一フッ化カルシウム分子の束を所定の位置に保持した。

これは、ドップラーの限界までそれらを取るのに十分でした。 ライン上でそれらを取得するには、研究者はシーシュポス冷却と呼ばれる第二の技術を使用しました。

あなたがギリシャ神話を覚えているなら、シーシュポス王は永遠に岩を山の上に押し上げることを余儀なくされた運命の魂でした。

この無限のワークアウトルーチンは、彼らのエネルギーの粒子を樹液にするもののようなものです。

山の代わりに、物理学者はそのような方法で分極された一対の対向するレーザーを使用して、粒子をエネルギー丘の上に強制し、その過程で運動量を失う。

これにより、研究者は一フッ化カルシウムを50マイクロケルビン、すなわち絶対零度以上の50万分の一の温度まで引き下げることができた。

それはまだ私たちが個々の原子を作ることができる方法を寒さからは程遠いですが、それはフッ化ストロンチウム分子で達成された400マイクロケルビンの前の記録よりも優れています。

絶対零度の理論的な温度壁は、ゼノの素粒子物理学のパラドックスのようなものです–私たちは動く粒子からエネルギーの一部しかカットできず、粒子が熱を持たないことは数学的に不可能です。

しかし、その無限の目標に向かって伸びることで、私たちは前例のない詳細に粒子を研究し、奇妙な新しい行動を表示し、それらを一緒に保持する力

この新しい限界は、化学が基本的なレベルでどのように機能するかについての知識を広げるのに役立つことは間違いありません。

この研究はNature Physicsに掲載されました。