Охлаждение почти до абсолютного нуля

22.09.2017

Исследователи из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College London) разработали и опробовали новую технологию охлаждения, в которой используется комбинация магнитных полей и лазерного света. Во время экспериментов магнитное поле удерживало в ловушке молекулу монофторида кальция, а свет нескольких лазеров использовался для охлаждения этой молекулы до температуры в 50 микрокельвинов, 50 миллионных долей градуса выше точки абсолютного нуля (-273,15 градуса Цельсия).

Отметим, что новая технология является далеко не первой и единственной технологией низкотемпературного охлаждения отдельных молекул вещества. Однако, новая технология позволяет использовать более широкий ряд видов молекул, чем метод традиционного лазерного охлаждения. При помощи нового метода можно охлаждать даже молекулы самых экзотических веществ, которые не существуют в природе и синтезируются в лабораторных условиях.

Из курса школьной физики нам известно, что температура является мерой скорости хаотического движения частиц, атомов или молекул, любого вещества, газа, жидкости или твердого вещества. И для охлаждения частиц требуется их замедлить до минимально возможной скорости.

Именно для замедления скорости движения молекул монофторида кальция в данном случае используется свет нескольких лазеров, направленных на молекулу с разных сторон. Первый лазер освещает охлаждаемую молекулу слева и эта молекула поглощает один из фотонов. Этот фотон отбирает у молекулы некоторое количество ее кинетической энергии подобно бильярдному шару, сталкивающемуся с другим бильярдным шаром. Но с первого раза молекула не теряет свой импульс движения полностью, она начинает двигаться в другую сторону, где ее настигает фотон света от лазера, установленного с обратной стороны. За счет движения молекулы и Допплеровского эффекта длина волны фотона света второго лазера уменьшается, этот фотон поглощается молекулой, которая замедляется от этого еще больше.

В результате такого лазерного "пинг-понга" молекула, выступающая в роли мячика, постепенно замедляется и становится более холодной. При этом, свет от дополнительных лазеров держит молекулу в возбужденном энергетическом состоянии, что позволяет ей испускать фотоны света сразу после поглощения фотонов света "замедляющих" лазеров. Эти фотоны излучаются в произвольных направлениях и не очень сильно изменяют количество кинетической энергии движения молекулы, но и этого достаточно для того, чтобы молекула всегда оставалась чуть "теплой".

Для преодоления предела минимальной температуры технологии допплеровского охлаждения ученые использовали магнитное поле, которое выступало в качестве ловушки для молекулы, для ее ориентации в пространстве в заданном направлении и для подъема ее на некоторую высоту относительно начальной, что привело к увеличению потенциальной энергии и пропорциональному уменьшению кинетической энергии молекулы. И такая уловка позволила уменьшить кинетическую энергию молекулы до уровня, соответствующего температуре 50 микрокельвинов.

<< Назад: Обнаружен уникальный двойной астероид 23.09.2017

>> Вперед: Самый опасный вирус на земле 22.09.2017

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 Умное окно с малым временем затемнения 14.08.2017 Учеными Стэнфордского университета разработано "умное" стекло, меняющее свою прозрачность менее чем за 3 минуты. Это отличает его от конкурентов, тратящих на это более 20 минут. При этом новое смарт-окно более дешевое и может переключаться более 5 000 раз без потери качества. В основе данной разработки - стеклянные пластины, покрытые тонким слоем оксида индия и олова и очерченные жидкой смесью меди и другого металла (свинца либо серебра). Когда аккумулятор заряжен, металлическая смесь распространяется по поверхности стекла, перекрывая доступ до 95% окружающего света (можно отрегулировать показатель по желанию). При этом стекло становится вновь прозрачным также очень быстро; через него будет поступать около 80% света. "Умные" стекла могут применяться, например, в домах - для сокращения трат на электроэнергию. Данное смарт-стекло, по словам ученых, еще нуждается в доработке: так, нужно произвести более крупные окна, которые можно будет выпустить на рынок.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026