Лазер охлаждает молекулы

05.09.2017

Очень холодные молекулы, почти не имеющие теплового движения, нужны физикам для самых различных исследований, начиная с изучения свойств самих молекул до создания квантовых компьютеров. Полагают, что при этом должны замедляться и различные реакции, что позволит изучить происходящие процессы. Однако на пути достижения сверхнизких температур природа установила целый ряд барьеров.

Авторы рекордного достижения из Центра холодной материи в Имперском колледже Лондона использовали самый распространенный способ лазерного охлаждения молекул - доплеровский.

Чтобы понять его механизм, вспомним, что атом поглощает и излучает фотоны с энергией, равной разности его уровней энергии. В данном методе частота лазерного излучения выбирается несколько меньше, чем нужно для поглощения. Но из-за эффекта Доплера движущийся навстречу фотону атом "видит" у того большую частоту и поглощение все же происходит.

Затем возбужденный атом спонтанно излучает фотон, но уже большей частоты. Поэтому при каждом таком цикле поглощение-излучение он теряет часть своей кинетической энергии, а, значит, охлаждается. На догоняющий луч лазера атом не реагирует, так как эффект Доплера для него еще больше понижает частоту, делая поглощение невозможным.

Несколько лазерных лучей, идущих в разных направлениях, замедляют атомы при любом направлении их движения. Создается впечатление, что атомы движутся в вязкой жидкости вроде меда или патоки. Такой метод охлаждения и получил название "оптической патоки".

Однако таким способом нельзя охладить молекулы и атомы до температур ниже, чем несколько сотен микрокельвинов. Дело в том, что из-за соотношения неопределенностей поглощаются фотоны не одной частоты, а целого диапазона частот. Физики говорят, что спектральная линия имеет ширину. Но тогда при низких скоростях атомов будут поглощаться фотоны с обоих направлений, и метод перестанет работать. Температура, при которой это происходит, получила название доплеровского предела.

<< Назад: Искусственный интеллект поможет выбрать рецепт 06.09.2017

>> Вперед: Самоуправляемый холодильник Panasonic 05.09.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Безлинзовая ИК-система 02.10.2025

Инфракрасные технологии занимают особое место в науке и технике. Они позволяют заглянуть туда, где человеческий глаз бессилен, - в темноту, сквозь дымку или туман, на значительные расстояния. Однако развитие этой области сдерживают дорогие и капризные камеры, требующие охлаждения и сложного обслуживания. Китайские исследователи предложили неожиданный выход: создание безлинзовой системы, которая превращает невидимое инфракрасное излучение в четкие изображения с помощью оптики нового поколения. В основе этой разработки лежит древняя идея "изображения через отверстие", о которой еще в IV веке до нашей эры писал философ Мо-цзы. Современные ученые пошли дальше и вместо физической дырочки сформировали оптическое отверстие прямо в нелинейном кристалле, используя сверхкороткие лазерные импульсы. Такое решение позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет, который без труда фиксируется обычными кремниевыми сенсорами. Руководитель проекта профессор Хэпинг Цзэн подчеркивае ...>>

Жара вызывает агрессию 01.10.2025

Животный мир чутко реагирует на изменения температуры, и в последние годы ученые все чаще обращают внимание на то, как жара влияет не только на физиологию, но и на поведение живых существ. Рост глобальных температур способен не только изменять экосистемы, но и формировать новые социальные модели у животных. Одним из тревожных проявлений оказывается рост агрессивности, который наблюдается у самых разных видов. В лаборатории Университета Юга в Сьюани, штат Теннеси, экологи наблюдали за чернобрюхими саламандрами Desmognathus amphileucus. Эти небольшие амфибии, обитающие в ручьях Аппалачей, продемонстрировали ярко выраженное территориальное поведение: они пытались кусать соперников и заставлять их покидать занятую территорию. Интересно, что у близкородственных видов - саламандры Окои и тритона - подобных реакций не зафиксировали. Это подчеркивает избирательность явления и его связь с особенностями конкретных организмов. Сходные результаты были получены и в экспериментах с другими вид ...>>

Случайная новость из Архива Танцы помогают в изучении точных наук 23.10.2017 Научные сотрудники из Университета Северной Каролины провели уникальное исследование среди студентов, которое показало, что танцы помогают в изучении точных наук. Сообщается, что именно занятия танцами способны дополнить навыки, которые студенты получают от точных наук, развить креативность и улучшить междисциплинарное мышление. Все студенты были разделены на две группы, все добровольцы были девушками. Танцевальная программа Университета штата Нью-Йорк предполагает разные стили и направления, куда может записаться любой студент. В первой группе семь девушек занимались точными науками и пять являлись студентками гуманитарных специальностей. Во второй группе было восемь студенток точных специальностей. Возраст участников варьировался от 18 до 22 лет, все они каждую неделю ходили на занятия танцами. По мнению самих студенток, танцы и другой любой вид искусства - это важный механизм для поддержания разнообразия. Как показало исследование, занятия танцами развивают мышление, хорошо влияют на работу головного мозга, что помогает легче справляться с изучением точных наук.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025