Moleculele răcite aproape de zero absolut tocmai au distrus un nou Record de Fizică

un proces de răcire în două etape folosind lasere a permis Fizicienilor să împingă moleculele de monofluorură de calciu până la o temperatură record scăzută, depășind o barieră care până acum a fost impracticabilă.

cu zeci de ani în urmă, răcirea atomilor individuali la aproape zero absolut a deschis o nouă lume de cercetare pentru fizicienii particulelor. Această ultimă descoperire ar putea oferi, de asemenea, un teren fertil pentru a afla mai multe despre modul în care atomii se comportă atunci când sunt legați împreună ca molecule.

procesul din spatele răcirii record efectuat de cercetătorii de la Centrul pentru materie rece de la Imperial College din Londra nu este atât de diferit de cele folosite pentru răcirea atomilor.

o particulă în mișcare este o particulă fierbinte, ceea ce înseamnă că pentru a răci fie un atom, fie o moleculă trebuie pur și simplu să-i încetinești bâzâitul.

o modalitate de a face acest lucru este de a profita de modul în care atomii absorb și emit cuante de lumină, pierzând potențial un anumit impuls în acest proces.

un laser reglat la o anumită frecvență este destinat atomilor prinși într-un spațiu închis de un câmp magnetic.

dacă atomul se îndepărtează de lumină, frecvența pe care o experimentează este Doppler deplasată ușor spre capătul roșu al spectrului. Dacă particula se mișcă în fascicul, frecvența care o lovește se deplasează spre capătul albastru.

obținerea corectă a acestei frecvențe înseamnă că atomii care se deplasează în laser la o viteză dată pot absorbi un foton de lumină. Acest lucru ridică unul dintre electronii săi la un nou nivel de energie, care apoi emite un foton într-o direcție aleatorie atunci când coboară.

împrăștiată peste particule, această emisie de fotoni înseamnă o scădere generală a impulsului pentru atomi, încetinindu-i treptat.

acest proces numit răcire Doppler poate obține particule atât de reci, deoarece energia pierdută prin emiterea de fotoni este echilibrată de energia pe care atomii o primesc în capcană.

atomii individuali pot fi răciți dincolo de această așa-numită limită Doppler cu diverse alte tehnici, permițând Fizicienilor să atingă temperaturi uluitoare de doar 50 trilioane de kelvin sau 0,0000000005 grade peste zero absolut.

dar până acum fizicienii au reușit doar să forțeze atomii să producă molecule în timp ce rece sau rece moleculele existente de fluorură de stronțiu la temperaturi peste limita Doppler.

legați împreună în sisteme mai complexe, atomii nu răspund la fel de fiabil la aceleași trucuri de răcire.

pentru a împinge limitele, cercetătorii au ținut o grămadă de molecule de monofluorură de calciu la locul lor printr-o combinație de câmpuri magnetice și lasere numite capcană magneto-optică.

acest lucru a fost suficient pentru a le duce la limita Doppler. Pentru a le trece peste linie, cercetătorii au folosit o a doua tehnică numită răcire Sisif.

dacă vă amintiți miturile grecești, Regele Sisif a fost sufletul condamnat care a fost forțat să împingă veșnic un bolovan pe un munte doar pentru ca acesta să se rostogolească pe cealaltă parte, totul pentru că era genul de conducător căruia îi plăcea să-și ucidă oaspeții.

această rutină infinită de antrenament este doar genul de lucru pentru a săpa particule din energia lor.

în locul unui munte, fizicienii folosesc o pereche de lasere opuse polarizate în așa fel încât să forțeze o particulă pe un deal de energie, pierzând impulsul în acest proces.

acest lucru a permis cercetătorilor să tragă monofluorura de calciu până la temperaturi de 50 microkelvin, sau 50 de milioane de grade peste zero absolut.

este încă departe de cât de rece putem produce atomi individuali, dar este mai bine decât recordul anterior de 400 de microkelvini realizați cu molecule de fluorură de stronțiu.

peretele teoretic de temperatură al lui Zero absolut este ca paradoxul lui Zeno al fizicii particulelor – putem tăia doar o fracțiune din energie dintr-o particulă în mișcare, ceea ce face o imposibilitate matematică ca o particulă să nu poată avea vreodată căldură.

dar întinderea spre acel scop infinit ne-a permis să studiem particulele în detalii fără precedent, afișând comportamente noi ciudate și permițându-ne să studiem modul în care forțele care le țin împreună apar în primul rând.

fără îndoială, această nouă limită ne va ajuta să ne extindem cunoștințele despre modul în care funcționează chimia la un nivel fundamental.

această cercetare a fost publicată în Nature Physics.