Пучок холодных атомов без лазерного охлаждения

26.01.2023

Американским физикам удалось получить атомы лития температурой в 10 милликельвинов, охладив их в потоке гелиевого газа и поймав в магнитную ловушку. По эффективности их метод оказался не хуже лазерного охлаждения, однако может использоваться с большим количеством видов атомов и расширить область использования холодных атомных пучков.

С атомами, ионами и молекулами физикам-экспериментаторам гораздо проще работать в охлажденном состоянии. Охлаждение до температур, менее одного кельвина, минимизирует кинетическую энергию частиц, благодаря чему они становятся более контролируемыми. Так их можно затачивать в ловушки, использовать для высокоточных измерительных экспериментов, например атомной интерферометрии, а также изучать квантовые явления и экзотические формы материи.

В своем новом эксперименте физики Техасского университета в Остине предложили новый способ получения непрерывных пучков охлажденных атомов.

Самым используемым способом охлаждения атомов является лазерное охлаждение, которое полагается на поглощение атомами света. Правильно выбранная частота ниже резонансного перехода в атоме заставит частицу тратить свою кинетическую энергию, замедляться и в конце концов охлаждаться. Впрочем, несмотря на успехи метода, он подходит не всем атомам, а также накладывает ограничения и на некоторые эксперименты с частицами.

Еще одним способом получения холодных пучков атомов и молекул является использование буферного газа. Метод охлаждения буферным газом работает путем рассеивания энергии интересующих частиц с помощью упругих столкновений с холодными атомами инертного газа, как например, гелий или неон. Поскольку этот механизм охлаждения не зависит от внутренней структуры частиц (в отличие от лазерного охлаждения), охлаждение буферным газом применимо практически к любому атому или малой молекуле.

Температура луча получаемых атомов обычно находится в диапазоне от одного до нескольких кельвинов. Более низких температур можно достичь с помощью сверхзвуковых струй инертных газов, с которым частицы охлаждаются за счет адиабатического расширения газа-носителя.

В своей работе ученые решили соединить преимущества обоих способов и создали пучок атомов лития-7, охладивших до 10 милликельвинов в камере с охлаждаемым расширением гелием, выпуская сверхзвуковой струей.

В эксперименте исследователей газообразный гелий-4 подается на сверхзвуковой скорости в небольшую цилиндрическую ячейку, где охлаждается до температуры 4,4 кельвина. В поток гелия направляется пучок лития, часть атомов которого захватывается потоком гелия и за счет столкновений с ним охлаждается. Расширенная струя газа перенаправляется в следующую вакуумную камеру, а атомы лития улавливаются магнитной гексапольной линзой, которая фокусирует их, воздействуя на магнитный момент. Атомы гелия не фокусируются магнитом и поэтому продолжают двигаться баллистическими траекториями, пока не столкнутся с поверхностью.

Так ученые могут получить максимальный поток атомов лития при минимально возможной температуре. Экспериментаторы отмечают, что улучшенная конструкция камеры сможет увеличить поток в десять раз, а сам подход можно адаптировать к другим атомам и молекулам, которые ученые планируют проверить в последующих работах.

<< Назад: Скоростное путешествие на Марс 26.01.2023

>> Вперед: Батарея, работающая на фотосинтезе 25.01.2023

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Бамбук - лучшее растение для очистки воздуха 03.10.2023 В рамках программы "Чистый воздух" ученые из США, сотрудничая с НАСА, провели исследование методов очистки воздуха внутри космических станций и выявили наилучшее растение для поглощения токсинов. Оказалось, что из 19 комнатных растений, бамбук лидирует по всем параметрам, способствуя не только очищению воздуха, но и нейтрализации наибольшего количества токсичных веществ, что благоприятно сказывается на здоровье человека. Специалисты рекомендуют устанавливать 2-3 растения на каждые 30 квадратных метров помещения для максимального эффекта. Качество воздуха имеет огромное значение для здоровья человека, и бамбук, как выяснилось, способен даже поднимать настроение. Исследователи отмечают, что в большинстве случаев воздух в помещениях загрязнен пылью на 90% и химическими веществами, выбрасываемыми обычными бытовыми предметами и продуктами. Это особенно опасно для детей, астматиков и аллергиков. Комнатные растения играют ключевую роль в улучшении качества воздуха: примерно 10% воздуха, которым мы дышим, увлажняется за счет растений в горшках. Они не только очищают воздух, но и способствуют улучшению общего состояния организма, снижению стресса, усталости и даже борьбе с бессонницей, а также положительно влияют на репродуктивное здоровье.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025