Поділитись:

Лазерне охолодження квантових газів

Четвер, 02 грудня 2021, 02:43

Що означає, коли ми говоримо, що щось є надзвичайно холодним? Відповідь з фізики була б: це означає, що атоми і молекули майже не рухаються. Протягом кількох десятиліть фізики розробляють методи створення таких ультрахолодних станів матерії, використовуючи лазери, щоб привести гази в режим, де панує квантова механіка.

Про це пише сайт новин Волині Конкурент з посиланням на Technology.org.

У новому випуску Nature Physics «Insight» UvA-фізики описують події в цьому майже нерухомому, але дуже захоплюючому світі.

Уповільнити атом або молекулу так, щоб вони стали частиною надзвичайно холодної речовини є непросто. Не можна просто захопити окремі рухомі частинки і змусити їх триматися нерухомо. У 1970-х і 1980-х роках були розроблені методики, які дозволяють охолоджувати атоми у вакуумі. Використовуючи ретельно налаштовані промені лазерного світла, рух частинок можна поступово усунути. Використовуючи цю ідею лазерного охолодження, можна сповільнити атоми і молекули, щоб утворити гази з температурою, близькою до найнижчої можливої, приблизно 273 градуси нижче нуля за шкалою Цельсія.

Квантові гази

Коли гази охолоджуються, вони стають дуже «чистими», а це означає, що тепло є дуже слабким фактором у фізичних процесах, що відбуваються. Натомість домінують закони квантової механіки. У багатьох газах атоми разом осідають до свого найнижчого енергетичного стану, процес, відомий як конденсація Бозе-Ейнштейна. Лише з появою лазерного охолодження стало можливим створювати і вивчати матерію в чистих реалізаціях цього дуже особливого квантового стану, де всі частинки поводяться однаково.

Протягом багатьох років постійний розвиток методів лазерного охолодження дозволив перевести більше елементів у стан квантового виродження. При цьому кожен додатковий вид атома відкриває свої власні експериментальні можливості. Наприклад, нині ультрахолодні атоми використовуються для найкращих атомних годинників, які можуть фіксувати час з точністю до секунди протягом усього життя Всесвіту. Конденсати Бозе-Ейнштейна діють як джерела когерентних атомів і є перспективними для надзвичайно точного зондування за допомогою атомної інтерферометрії, подібно до того, як лазерна інтерферометрія здійснила революцію в оптичному зондуванні.

Спецвипуск

У той же час залишається багато шляхів для подальших досліджень і розробок. В даний час, щоб досягнути стану конденсації Бозе-Ейнштейна, послідовно застосовують декілька методик. Більше того, як тільки досягається такий квантовий вироджений стан, у екстремальних обставинах швидко випаровуються, руйнуючи квантовий газ. Покращені методи дозволяють досягнути конденсату Бозе-Ейнштейна виключно за допомогою лазерного охолодження. А також дають можливість підтримувати цей особливий стан скільки завгодно: безперервна конденсація Бозе-Ейнштейна.

Оскільки тема ультрахолодних газів є такою гарячою в сучасній квантовій фізиці та технологіях, провідний фізичний журнал Nature Physics вирішив присвятити цій темі спеціальний випуск «Insight» під назвою «Ультрахолодні квантові газові технології». UvA-фізики Флоріан Шрек і Клаасян ван Друтен написали оглядову статтю, в якій описують поточний стан лазерного охолодження квантових газів, а також проблеми і очікуваний прогрес у майбутньому.

Нагадаємо, що певна група вчених вважає, що наш Всесвіт почався з Великого Вибуху.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ:

 

 

Надрукувати
мітки:
коментарів
24 січня 2022
19 січня 2022
15 січня 2022
05 січня 2022
22 грудня 2021
08 грудня 2021
05 грудня 2021
03 грудня 2021
28 листопада 2021
27 листопада 2021
24 листопада 2021
23 листопада 2021