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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Гибкий алмаз вырабатывает электричество 15.09.2026

Алмаз традиционно воспринимается как исключительно твердый и практически неподвижный материал, поэтому возможность получать из него электричество при механической деформации долгое время казалась невероятной. В начале XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам, то есть считалось, что при сжатии или изгибе он, в отличие от кварца, не способен создавать электрический заряд. Однако исследователи из Университета Гонконга обнаружили, что при определенных условиях это представление требует пересмотра. Проблема заключалась прежде всего в физической природе самого минерала. Обычный алмаз настолько тверд, что заметно согнуть его практически невозможно. Поэтому специалисты использовали другой подход и изготовили из алмаза чрезвычайно тонкую гибкую мембрану. После механического воздействия на такую конструкцию измерительные приборы зарегистрировали устойчивые электрические сигналы. Эксперименты неоднократно повторяли и проводили в различных условиях, чтобы исключить случайное про ...>>

Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

Запах человеческого тела меняется на протяжении всей жизни, и особенно заметные изменения могут происходить в пожилом возрасте. Речь идет не только о привычном запахе пота или особенностях гигиены: старение сопровождается целым комплексом биохимических процессов в коже, способных влиять на ее естественный запах. Ученые обнаружили одно из веществ, которое связывают с характерным ароматом, часто называемым "запахом старости". Исследователи установили, что важную роль в этом процессе играет 2-ноненаль - органическое соединение из группы ненасыщенных жирных альдегидов. Это вещество обладает характерным запахом, который нередко описывают как сочетание прогорклого масла и затхлого картона. Его количество в коже увеличивается по мере старения организма, поэтому концентрация 2-ноненаля рассматривается специалистами как одна из биохимических причин возрастного изменения запаха. По словам дерматологов, заметные изменения начинают становиться более вероятными после 40 лет. Доктор Сонал Чоуд ...>>

Случайная новость из Архива Нанокремний в борьбе с инфекциями 08.07.2012 Ученые из Университета Брауна обнаружили, что покрытие из наночастиц кремния может эффективно бороться с распространением бактерий стафилококка. Это открытие позволит создавать недорогие покрытия для медицинской техники, имплантатов, оборудования больниц и бытовой техники. Это крайне важно для борьбы с инфекциями - особенно с устойчивыми к антибиотикам суперштаммами бактерий, из-за которых часто даже сносят корпуса больниц. Кремний является недорогим распространенным веществом, которое присутствует в нашем организме. Уже давно известно, что он способен бороться с бактериями, однако до сих пор кремниевое покрытие создать не удавалось. Ученые из Университета Брауна впервые использовали наночастицы кремния для покрытия поликарбонатного катетера и эндотрахеальной трубки. В результате количество бактерий стафилококка на этих медицинских принадлежностях сократилось на 90%. Главной задачей в создании антибактериального покрытия является предотвращение образования биопленки, которая объединяет колонию бактерий и делает ее очень устойчивой к воздействию окружающей среды. Кремниевое покрытие затрудняет образование биопленки и облегчает иммунной системе пациента задачу по очистке имплантата. При этом кремний намного дешевле, чем серебро и не наносит вреда иммунитету человека. Ученые вырастили кремниевые наночастицы двух разных размеров и сделали четыре вида покрытия с разной концентрацией обоих видов частиц. Все виды покрытий доказали свою эффективность и снизили количество стафилококка через 24, 48 и 72 часов. Самый мощный эффект имело покрытие с мельчайшими частицами: через сутки количество бактерий сократилось на 90%. В ближайшее время ученые планируют начать тестирование имплантатов с новым покрытием на животных.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026