Ультрахолодный молекулярный квантовый газ

04.12.2020

Американские физики впервые получили управляемое состояние ультрахолодного молекулярного квантового газа, которое может иметь множество практических приложений - от приборов сверхточных измерений до квантовых вычислений.

В классическом понимании газ состоит из большого числа хаотически двигающихся частиц. Когда газ охлаждается почти до абсолютного нуля, молекулы перестают вести себя как частицы и приобретают свойства волн, которые перекрываются. Это состояние называют квантовым газом, а температура перехода молекулярного газа в квантовое состояние - температурой вырождения.
Свойства квантового газа зависят от степени его вырождения, когда молекулы газа как частицы отталкиваются друг от друга, но взаимодействуют на больших расстояниях благодаря своим перекрывающимся волнам, электрическим дипольным моментам и другим характеристикам.

Исследователи из JILA - совместного учреждения Национального института стандартов и технологий США (NIST) и Университета Колорадо в Боулдере - разработали инструменты для "включения" состояния ультрахолодного молекулярного квантового газа и контроля над межмолекулярными взаимодействиями на больших расстояниях.

Ультрахолодные квантовые газы потенциально могут найти применение в приборах сверхточных измерений, для моделирования экстремальных состояний материи, создания квантовых многочастичных систем и в квантовых вычислениях.

По мнению авторов, новая схема подталкивания молекулярного газа к его низшему энергетическому состоянию, называемому квантовым вырождением, при котором подавляются химических реакции, разрушающие молекулы, позволят исследовать экзотические квантовые состояния, в которых все молекулы взаимодействуют друг с другом.

Исследователи создали при температуре 250 нанокельвинов - чуть выше абсолютного нуля - плотный газ из примерно двадцати тысяч дипольных молекул калия-рубидия, которые в электрическом поле ведут себя как крошечные магниты, из-за того, что атомы рубидия обладают положительным зарядом, а атома калия - отрицательным.

Медленное включение горизонтального электрического поля в течение сотен миллисекунд уменьшало силу ловушки в одном направлении на время, достаточное для того, чтобы горячие молекулы вылетали, а оставшиеся молекулы охлаждались. В конце этого процесса молекулы вернулись в свое наиболее стабильное состояние, но теперь в более плотном газе.

<< Назад: Мозговые импланты для восстановления зрения 05.12.2020

>> Вперед: Музыкальный и математический дар взаимосвязаны 04.12.2020

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 Кишечные паразиты помогают забеременеть 28.11.2015 Это может прозвучать, мягко говоря, странно, но у кишечных паразитических червей и у эмбриона, растущего в утробе матери, есть кое-что общее. Им приходится решать одну задачу: как убедить иммунитет хозяина/матери, чтобы он на них не нападал. Иммунная система воспринимает и ребенка, и червя как чужаков, которых необходимо изгнать из организма. В ходе эволюции, конечно, развились определенные уловки, позволяющие "договориться" с иммунитетом. Однако любопытно здесь то, что паразитические черви могут использовать механизмы, подобные тем, которые встроены в программу эмбрионального развития: например, и плод, и червь стимулируют активность регуляторных Т-клеток, чья задача - подавлять, успокаивать иммунные атаки. Так что можно понять логику исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, которые решили проверить, не помогают ли кишечные паразиты женщинам забеременеть. Ведь если у женщины есть такой паразит, он может заранее подготовить иммунитет к появлению зародыша. Аарон Блэквелл (Aaron Blackwell) и его коллеги направились в амазонские леса в Боливии, где живут индейцы чимане. Они, к слову, часто становятся объектом внимания антропологов ввиду своего "натурального" образа жизни - чимане живут охотой и рыбалкой, выращивают рис и бананы, и не слишком затронуты цивилизацией. Как оказалось, довольно много людей чимане заражены паразитическими червями: 15-20% из них служат хозяевами человеческих аскарид (Ascaris lumbricoides), у 56% есть анкилостомы, Ancylostoma duodenale и Necator americanus. Образ жизни аскарид и анкилостом отличается: если первые просто питаются с "хозяйского стола", усваивая те питательные вещества, которые попали с едой в кишечник, то вторые ведут себя как настоящие вампиры, высасывая кровь из стенки кишечника. Женщины чимане не знали, что у них внутри паразиты, однако на их состоянии это определенно сказывалось. У тех, у кого были анкилостомы, был меньший индекс массы тела (то есть они при своем росте весили меньше, чем их соплеменницы без паразитов), у них был меньший уровень гемоглобина, и у них за всю жизнь было в среднем на три ребенка меньше, чем у здоровых женщин. Зараженные A. duodenale и N. americanus позже остальных рожали первенца, и у них увеличивалось время между беременностями. А вот с аскаридами все было не так - они как раз стимулировали плодовитость, причем их влияние было обратным тому, которое демонстрировали анкилостомы: с A. lumbricoides женщина раньше рожала первого ребенка, и время между беременностями у нее уменьшалось, так что в сумме у нее за всю жизнь получалось на два ребенка больше, чем у незараженных. Очевидно, аскариды так подавляют воспалительный иммунный ответ, что тем самым облегчают зачатие и имплантацию зародыша в матку. Анкилостомы же, вероятно вредят организму настолько сильно, что это нивелирует какой-либо положительный эффект от их присутствия. Конкретные физиологические механизмы здесь станут ясны после того, как авторы проанализируют образцы крови женщин чимане на предмет иммунных изменений в присутствии кишечных паразитов. Известно, что успешная беременность зависит от бактериальной микрофлоры, но про червей такого пока не думали. С другой стороны, мы знаем, что паразитические черви, взаимодействуя с иммунитетом хозяина, помогают ослабить аллергические и аутоиммунные заболевания (в частности, несколько месяцев назад мы писали о том, как кишечные паразиты защищают мозг хозяев). Вряд ли аскарид будут использовать как средство от бесплодия, однако, тщательно их изучив, мы сами, без помощи паразитов, могли бы запускать те же механизмы регуляции иммунной системы, которые используются червями и которые в результате облегчают зачатие.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025