Молекулы охладили до рекордных температур с помощью «микроволнового щита»

Исследователи из Колумбийского университета используют микроволны для создания экранов вокруг молекул натрия-цезия в молекулярном газе. Защита стабилизировала молекулы и помогла физикам охладить их до самых низких температур, едва не создав неуловимый молекулярный конденсат Бозе — Эйнштейна (бозе-конденсат).

Исследователи использовали микроволны, излучаемые специальной антенной, чтобы продлить срок жизни бозонного газа молекул натрия-цезия с нескольких миллисекунд до более чем одной секунды, что является важным первым шагом к их охлаждению. Используя «долговечный» образец газа, физики охладили его до температуры 36 нК — чуть выше, необходимой молекулам для образования бозе-конденсата.

Микроволны — это форма электромагнитного излучения, заставляющая молекулы вращаться. Если рассматриваемые молекулы — это вода в продуктах, помещенных в микроволновую печь на кухне, вращение создает трение, которое в конечном итоге нагревает еду, объясняют ученые.

В физической лаборатории для газа натрия-цезия, микроволны создают экран, который предотвращает прилипание молекул друг к другу и потерю их из образца. Удерживаемые на месте молекулы можно подвергнуть испарительному охлаждению. Этот процесс аналогичен обдуванию горячей чашки кофе: после удаления верхнего слоя «горячих» молекул оставшиеся нагреваются до более низкой температуры.

Конденсат Бозе — Эйштейна — это агрегатное состояние материи, при котором отдельные частицы при ультранизких температурах и низких плотностях конденсируются в неразличимое целое. В таком состоянии на макроуровне начинают проявляться квантовые эффекты.

Все бозе-конденсаты, созданные до сих пор для решения фундаментальных вопросов квантовой механики, состояли из атомов. Гораздо сложнее сделать молекулы достаточно холодными, чтобы приблизиться к состоянию бозе-конденсата, которое находится на доли градуса выше абсолютного нуля, и поддерживать стабильность молекул достаточно долго для проведения экспериментов.

Исследователи надеются, что, совершенствуя методику, в будущих экспериментах они достигнут нужного охлаждения.

Читать далее:

Выяснилось, какие орехи снижают холестерин и сколько их надо есть в день

Посадочный модуль миссии «Чандраян-3» совершил прыжок на Луне и уснул

Физики наблюдали впервые квантовое состояние, предсказанное 50 лет назад: почему это важно

На обложке: иллюстрация использования микроволн для охлаждения молекул. Изображение: Nicoletta Barolini, Columbia University