Физиците охладиха молекули до рекордна температура

Учени от Йейлския университет охладиха молекули до рекордно ниски температури.

Разработената система позволила да се понижи температурата на стронциев монофлуорид до 2,5 хилядни от градуса над абсолютната нула (минус 273,15 градуса по Целзий, или 0 градуса по Келвин).

„Сега можем да започнем изучаването на химичните реакции, които протичат при температура, близка до абсолютната нула – пояснява професорът по физика и водещ автор на изследването Дейв Демил. – Имаме шансове да разберем фундаменталните химични механизми.“

Магнитооптичното захващане е технология, прилагана широко в атомната физика, но обикновено на ниво един атом. Технологията използва лазери за едновременно охлаждане на частиците и задържането им на място.

„Представете си, че имате купичка с малко количество мед – обяснява Демил. – Ако хвърлите в нея няколко малки топчета, то те ще се забият и натрупат на дъното. В хода на нашия експеримент ролята на меда изпълняваха лазерни лъчи и магнитно поле.“

Досега колебаещите се и въртящи се молекули трудно се фиксираха по такъв начин. В повечето от предишните работи отначало се охлаждали атоми, а след това от тях се „събирали“ молекули. Специалистите от Йейлския университет охлаждали непосредствено молекули.

Учените експериментирали със стронциев монофлуорид, тъй като неговата енергия на колебание е по-малка, отколкото на много други молекули. Освен това физиците подбрали цвета на лазера така, че неговото въздействие да не предизвиква въртене на молекулите.

Демил и колегите му конструирали свой собствен апарат в подземна лаборатория. Те направили сложна машина с множество проводници, компютри, електрически компоненти, настолни огледала и криогенни инсталации. В процеса били използвани десет лазера, всеки – с контролируема дължина на вълната.

Молекулите стронциев монофлуорид били изстрелвани от криогенна камера и се формирала група, която се забавяла с помощта на лазер. Според учените това приличало на опит да се забави топка за боулинг с топки за пинг-понг, което трябвало да се прави бързо и многократно.

Забавените молекули попадат в магнитно поле, където кръстосани лазерни лъчи преминават през централна област по трите взаимно перпендикулярни оси. Така стронциевият монофлуорид попада в капана.

„Квантовата техника ни позволява да проведем охлаждане и да приложим сила, която оставя молекулите да се движат в почти идеален вакуум“, отбелязва Демил.

Такова екстремно охлаждане може да се смята за важно събитие в историята на физиката – то дава база данни за нови изследвания в различни области, от квантовата химия до основните теории на физиката на елементарните частици.

Подробно за експеримента разказва статия в сп. Nature.