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:

Горячие напитки высвобождают миллионы частиц пластика 08.09.2026

Бумажные стаканчики давно стали привычной альтернативой пластиковым: их используют в кофейнях, офисах и заведениях быстрого питания для кофе, чая и других напитков. Однако название "бумажный" не означает, что такая посуда полностью состоит из бумаги. Чтобы стаканчик не размокал, его внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем полимера. Исследователи из Университета Квинсленда решили выяснить, что происходит с этими покрытиями при контакте с горячей жидкостью, и обнаружили, что вместе с напитком из них могут высвобождаться чрезвычайно мелкие частицы пластика. В ходе лабораторных экспериментов специалисты изучили два типа одноразовых бумажных стаканчиков. В одном случае внутренняя поверхность была защищена традиционным полиэтиленовым покрытием, а в другом использовался полимер на основе полимолочной кислоты (PLA), который часто рассматривается в качестве более экологичной альтернативы обычному пластику. Полимолочная кислота способна биологически разлагаться при определенных условиях ...>>

Графен приближает идею космического лифта 08.09.2026

Вывод грузов за пределы Земли сегодня остается сложным и дорогостоящим процессом: каждый запуск требует огромного количества топлива, а значительная часть конструкции ракеты используется всего один раз. Поэтому идея космического лифта, возникшая еще много десятилетий назад, продолжает привлекать внимание инженеров и исследователей. Вместо множества отдельных ракетных стартов предлагается создать постоянную транспортную систему между Землей и космосом, по которой грузы перемещались бы с помощью электричества. Последние достижения в производстве поликристаллического графена вновь заставили специалистов обсуждать эту концепцию не только как фантастическую идею, но и как потенциальный инженерный проект. Основным элементом будущего сооружения должен стать сверхпрочный трос. Согласно концепции Международного консорциума космического лифта (ISEC), он должен начинаться у экватора и простираться примерно на 100 000 километров в космос, значительно дальше геостационарной орбиты. На внешнем ко ...>>

Робот Bean-Bot без моторов и программирования 07.09.2026

Робототехнику трудно представить без электродвигателей, аккумуляторов, датчиков и управляющего программного обеспечения. Однако исследователи Итальянского технологического института продемонстрировали, что для выполнения довольно сложных движений все эти компоненты иногда вовсе не обязательны. Созданный ими миниатюрный робот Bean-Bot способен самостоятельно прыгать, катиться, скользить, переворачиваться и преодолевать наклонные поверхности, используя энергию нагрева и особенности собственной конструкции. Идея разработки возникла благодаря необычному природному механизму. За основу специалисты взяли мексиканскую фасоль, которая способна неожиданно перемещаться из-за находящейся внутри семени личинки моли. В лаборатории биомиметической мягкой робототехники эту природную особенность переосмыслили с инженерной точки зрения. Получившийся Bean-Bot представляет собой легкую оболочку характерной формы, пружину из материала с памятью формы и несколько магнитов. Основным источником энергии ...>>

Ультраширокий монитор LG 40HT513D 07.09.2026

Компания LG Electronics презентовала свой новый профессиональный дисплей 40HT513D, сочетающий большую рабочую площадь с функциями, ориентированными специально на медицинские учреждения. Монитор оснащен 40-дюймовой изогнутой IPS Black-панелью с соотношением сторон 21:9 и разрешением 5120 x 2160 пикселей, что соответствует примерно 11 мегапикселям. Такая конфигурация позволяет разместить на одном экране несколько диагностических изображений без разделительных рамок, которые неизбежно возникают при использовании отдельных мониторов. Устройство предназначено для работы с рентгеновскими снимками, компьютерной и магнитно-резонансной томографией, а также другими медицинскими изображениями и получило разрешение Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в качестве медицинского устройства. По оценке LG, по площади рабочего пространства один 40HT513D способен заменить конфигурацию из трех 3-мегапиксельных медицинских мониторов. Для специалистов по лучевой диагностике это ...>>

Происхождение изображений ИИ становится все труднее установить 06.09.2026

Генеративный искусственный интеллект способен создавать изображения, в которых угадываются особенности определенных художественных стилей, однако установить источник конкретного визуального элемента оказывается значительно сложнее. Исследование специалистов лаборатории MIT CSAIL показывает, что по мере увеличения обучающего набора данных надежно определить, какое именно изображение повлияло на результат работы модели, становится практически невозможно. Чтобы изучить эту проблему, исследователи создали около двух десятков собственных диффузионных моделей и обучили их на наборах, содержащих от нескольких сотен до сотен тысяч изображений. В экспериментах использовались фотографии лиц, а также произведения различных художников. Независимо от размера и состава наборов данных ученые наблюдали одну закономерность: чем больше изображений использовалось для обучения, тем труднее становилось определить вклад отдельной работы в последующий результат. Это явление авторы назвали "утратой атрибуц ...>>

Случайная новость из Архива Кератин из овечьей шерсти ускоряет восстановление костей 26.08.2026 Повреждение костной ткани иногда требует не просто времени для естественного заживления, а специального материала, который станет своеобразной основой для формирования новой кости. Именно поэтому специалисты по регенеративной медицине ищут доступные и биосовместимые материалы, способные поддерживать восстановление тканей. Необычным кандидатом на эту роль стала овечья шерсть: исследователи из Королевского колледжа Лондона получили из нее кератин и создали на его основе материал, продемонстрировавший перспективные свойства в экспериментах. Кератин - белок, составляющий основу шерсти, волос и ногтей, - давно привлекает внимание разработчиков биоматериалов. В новом исследовании его использовали для изготовления специальных мембран, которые могут выполнять функцию каркаса для поврежденной костной ткани. В лабораторных условиях на поверхности таких мембран выращивали человеческие костные клетки. Клетки успешно развивались и демонстрировали признаки образования новой костной ткани, что позволило специалистам перейти к следующему этапу экспериментов. В качестве материала для сравнения эксперты выбрали коллаген, который уже широко применяется в регенеративной медицине и стоматологии. Коллагеновые мембраны создают защитный каркас над поврежденным участком, сохраняя пространство, необходимое для роста новой кости. Однако этот материал не лишен недостатков: в некоторых случаях ему может не хватать механической прочности, кроме того, он способен разрушаться быстрее, чем требуется для полноценного восстановления. Получение коллагена также может быть более сложным и дорогостоящим, что стимулирует поиск альтернатив. После лабораторных испытаний кератиновые мембраны проверили на крысах. Исследователи создали в костях черепа животных дефекты значительного размера, которые обычно не способны полностью зажить самостоятельно, а затем установили в поврежденные области подготовленные материалы. Наблюдения продолжались несколько недель и позволили сравнить результаты применения кератина и коллагена. Коллаген действительно способствовал образованию большего количества новой костной ткани, однако преимущество кератинового материала проявилось в другом. Кость, сформировавшаяся при использовании кератиновых мембран, оказалась более организованной и прочной. Ее волокна располагались упорядоченнее, поэтому структура новой ткани в большей степени напоминала естественную здоровую кость. Кроме того, мембраны сохраняли стабильность на протяжении процесса заживления и хорошо взаимодействовали с окружающими тканями. По мнению авторов работы, именно сочетание механической устойчивости и совместимости с биологическими тканями делает кератин интересным кандидатом для дальнейшего изучения. У нового подхода есть и еще одно потенциальное преимущество, связанное уже не непосредственно с медициной, а с экологией. Значительная часть овечьей шерсти, получаемой в сельском хозяйстве, сегодня оказывается невостребованной и фактически превращается в отход. Если из нее удастся производить медицинские материалы, вторичное использование этого природного сырья сможет одновременно уменьшить объем отходов и обеспечить регенеративную медицину относительно доступным источником белкового материала. При этом специалисты подчеркивают, что до практического применения технологии еще далеко. Пока кератиновые мембраны испытаны только в лабораторных условиях и на животных, поэтому их безопасность и эффективность для человека предстоит подтвердить в последующих исследованиях. Необходимо также определить оптимальные характеристики материала и понять, насколько стабильно он будет работать при различных типах костных повреждений.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026