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:

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Полет на Марс: испытание для тела и выживания человечества 10.11.2025

Исследование космоса и перспективы полета на Марс привлекают внимание ученых и инженеров по всему миру. Но за технологическими достижениями скрывается серьезная угроза для здоровья астронавтов. Как отмечает Interesting Engineering, даже самые современные ракеты и системы жизнеобеспечения не способны полностью защитить человека от физических и генетических изменений, возникающих во время длительных космических миссий. Эти риски включают потерю костной массы, ослабление мышц и даже потенциальные повреждения ДНК. Путешествие на Марс длится от шести до девяти месяцев. В условиях невесомости организм, привыкший к земной гравитации, претерпевает значительные изменения. Мышцы атрофируются, кости теряют до 1% плотности в месяц, сердце уменьшается в размерах, а позвоночник удлиняется, вызывая боль и дискомфорт. После возвращения на Землю астронавты сталкиваются с головокружением и проблемами при вставании из-за адаптации к гравитации. Особую опасность представляет перераспределение жидкос ...>>

Зеркальные спутники и их угрозы для астрономии и экологии 09.11.2025

Калифорнийский космический стартап Reflect Orbital, который планирует к 2030 году вывести на орбиту 4 000 зеркальных спутников, отражающих солнечный свет на Землю даже ночью. Главная цель - увеличить эффективность солнечных электростанций, обеспечивая непрерывное освещение в ночное время. Первый демонстрационный аппарат EARENDIL-1 с зеркалом площадью 334 м2 предполагается запустить в апреле 2026 года, а соответствующая заявка уже подана в Федеральную комиссию связи США (FCC). Проект получил 1,25 млн долларов поддержки от ВВС США в рамках программы для малого бизнеса. Идея заключается в том, чтобы спутники создавали дополнительное освещение для энергетических систем, однако многие ученые выражают сомнения как в технической реализуемости, так и в потенциальном вреде для окружающей среды. Астрономы, включая Майкла Брауна и Мэтью Кенворти, подсчитали, что отраженный свет будет примерно в 15 000 раз слабее дневного солнца, хотя и ярче полной Луны. Для того чтобы создать хотя бы 20% дн ...>>

Портативный твердотельный накопитель Lexar Air 09.11.2025

Компания Lexar представила портативный твердотельный накопитель Air (pSSD), сочетающий компактность, высокую скорость и надежность. Вес устройства составляет всего 19 граммов, а толщина в тончайшей части достигает всего 6 мм, что делает его одним из самых легких и тонких SSD на рынке. Накопитель выпускается в двух вариантах емкости: 512 ГБ и 1 ТБ. Версия на 1 ТБ оценивается примерно в 459 юаней (около $64), а старт продаж модели на 512 ГБ пока не объявлен. Lexar Air оснащен интерфейсом USB 3.2 Gen 1 (5 Гбит/с) и разъемом USB-C, при этом в комплект входит переходник с USB-C на USB-A для универсальной совместимости. Производитель заявляет скорость последовательного чтения до 390 МБ/с и записи до 400 МБ/с, что позволяет быстро передавать большие файлы, включая видео высокой четкости. Корпус накопителя выполнен в компактном форм-факторе, который удобно держать на ладони, а максимальная толщина не превышает 9,3 мм. Конструкция выдерживает падения с высоты до 2 метров, а для удобног ...>>

Горькие продукты улучшают работу мозга 08.11.2025

Как выяснили японские ученые, горький вкус флаванолов играет важную роль в стимуляции центральной нервной системы. Даже при минимальном усвоении этих веществ организм получает сигнал к повышению активности нейромедиаторов и улучшению когнитивных функций, что делает натуральные продукты с горьким вкусом потенциально полезными для мозга и общей физиологии. В поисках способов улучшить работу мозга ученые все чаще обращаются к натуральным соединениям, содержащимся в привычных продуктах питания. Одним из таких веществ являются флаванолы, присутствующие в какао, красном вине и ягодах. Исследователи из Технологического института Сибаура в Японии выяснили, что горький и вяжущий вкус этих соединений способен активировать мозг через вкусовые рецепторы, способствуя улучшению памяти, внимания и способности к обучению. Ранее было известно, что флаванолы защищают нейроны и поддерживают когнитивные функции, однако их биодоступность - доля вещества, поступающая в кровь - крайне низка. Это вызвал ...>>

Случайная новость из Архива Обнаружен новый вид черных дыр 01.04.2020 Астрономы при помощи космического телескоп "Хаббл" обнаружили первые доказательства нового типа черной дыры, о которой до сих пор высказывали только гипотезы. До этого открытия ученые находили только гигантские черные дыры с массой в сотни миллионов наших Солнц, либо очень "крохотные" с массой в пять солнечных. Однако промежуточного звена найти не удавалось, были только косвенные доказательства о том, что они постепенно растут, сливаясь между собой. Эти черные дыры промежуточной массы (IMBH) образуют "недостающее звено" в эволюции черных дыр. Но этот тип объектов крайне трудно найти. В качестве отправной точки для своих исследований, ученые взяли данные из рентгеновской обсерватории Чандра NASA и X-ray Multi-Mirror Mission (Рентгеновской многозеркальной миссии) Европейского космического агентства. Эти телескопы наблюдали за длинной волны рентгеновского излучения и обнаружили мощную вспышку от неизвестного источника в 2006 году. Направив "Хаббл" на источник этих рентгеновских лучей, команда смогла определить источник излучения - он был не из центра галактики, где, как правило, находится сверхмассивная черная дыра. Выяснилось, что источником рентгеновских лучей было звездное скопление на краю галактики. В нем рентгеновские лучи испускались, когда промежуточная черная дыра в центре поглощала ближайшую звезду. Это открытие представляет собой наилучшее свидетельство идентификации IMBH. И это открытие поможет науке ответить на многие вопросы о черных дырах всех размеров. "Изучение происхождения и эволюции черных дыр промежуточной массы даст ответ ученым о том, как возникли сверхмассивные черные дыры, которые мы находим в центрах массивных галактик", - объясняет астрофизик Натали Уэбб из Французского университета в Тулузе.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025