Лазерне охолодження квантових газів

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:

•  Розвиток антитіл зумовлений раніше невідомими імуногенами
•  У зв’язку зі стійкістю до антибіотиків «у нас вичерпуються можливості»
•  Як рухаються тектонічні плити, – дослідники