Molekyler Kjølt Nær Absolutt Null Knuste Bare En Ny Fysikkrekord
en to-trinns kjøleprosess ved hjelp av lasere har gjort det mulig for fysikere å skyve molekyler av kalsiummonofluorid ned til en rekord lav temperatur, busting en barriere som til nå har vært ugjennomtrengelig.
For Flere Tiår siden åpnet chilling individuelle atomer til nær absolutt null en ny verden av forskning for partikkelfysikere. Dette siste gjennombruddet kan også gi grobunn for å lære mer om hvordan atomer oppfører seg når de er bundet sammen som molekyler.
prosessen bak rekordkjølingen utført av forskere Fra Center For Cold Matter Ved Imperial College London er ikke så forskjellig fra de som brukes til å avkjøle atomer.
en bevegelig partikkel er en varm partikkel, som betyr å kjøle ned enten et atom eller et molekyl, du trenger bare å senke sin summende.
En måte å gjøre dette på er å dra nytte av hvordan atomer absorberer og avgir kvanta av lys, som potensielt mister noe momentum i prosessen.
en laser innstilt til en bestemt frekvens er rettet mot atomer fanget i et begrenset rom av et magnetfelt.
hvis atomet beveger seg bort fra lyset, blir frekvensen Det opplever, skiftet litt mot den røde enden av spektret. Hvis partikkelen beveger seg inn i strålen, skifter frekvensen som rammer den mot den blå enden.
Å Få den frekvensen riktig betyr at atomer som beveger seg inn i laseren ved en gitt hastighet, kan absorbere en foton av lys. Dette støter opp en av sine elektroner til et nytt energinivå, som deretter avgir en foton i tilfeldig retning når den kommer ned.
Spredt ut over partiklene, betyr denne utslipp av fotoner en samlet reduksjon i momentum for atomene, og senker dem gradvis ned.
denne prosessen kalt Doppler-kjøling kan bare få partikler så kalde, da energien som går tapt ved å sende ut fotoner, balanseres av energien atomene mottar i fellen.
Individuelle atomer kan avkjøles utover denne såkalte Dopplergrensen med forskjellige andre teknikker,slik at fysikere kan nå tankebrytende temperaturer på bare 50 trillionths av en kelvin, eller 0.00000000005 grader over absolutt null.
men til nå har fysikere bare klart å tvinge atomer til å lage molekyler mens det er kaldt, eller avkjøle eksisterende molekyler av strontiumfluorid til temperaturer over Dopplergrensen.
Bundet sammen til mer komplekse systemer, reagerer atomer bare ikke så pålitelig på de samme kjøletrykkene.
for å presse grensene holdt forskerne en haug med kalsiummonofluoridmolekyler på plass ved en kombinasjon av magnetfelt og lasere kalt en magneto-optisk felle.
Dette var nok til å ta dem ned Til Doppler-grensen. For å få dem over linjen brukte forskerne en annen teknikk kalt Sisyphus kjøling.
hvis Du husker dine greske myter, Var Kong Sisyfos den dødsdømte sjelen som ble tvunget til evig å skyve en stein opp et fjell bare for å rulle ned den andre siden, alt fordi Han var den typen hersker som likte å drepe sine gjester.
denne uendelige treningsrutinen er bare den typen ting å sap partikler av deres energi.
i Stedet for et fjell bruker fysikere et par motsatte lasere polarisert på en slik måte å tvinge en partikkel opp en energihøyde, og mister momentum i prosessen.
dette tillot forskerne å dra kalsiummonofluoridet ned til temperaturer på 50 mikrokelvin, eller 50 milliondeler av en grad over absolutt null.
Det er fortsatt langt fra hvor kaldt vi kan lage individuelle atomer, men det er bedre enn den forrige rekorden på 400 microkelvin oppnådd med strontiumfluoridmolekyler.
den teoretiske temperaturveggen av absolutt null er Som Et Zenons paradoks av partikkelfysikk-vi kan bare kutte en brøkdel av energien fra en bevegelig partikkel, noe som gjør det til en matematisk umulighet at en partikkel noen gang kan ha ingen varme.
men å strekke oss mot det uendelige målet har gjort det mulig for oss å studere partikler i enestående detalj, vise merkelige nye atferd og tillate oss å studere hvordan krefter som holder dem sammen, oppstår i utgangspunktet.
Denne nye grensen vil uten tvil bidra til å utvide vår kunnskap om hvordan kjemi fungerer på et grunnleggende nivå.
denne forskningen ble publisert I Nature Physics.
