Connect with us

Znanost

Foto: CC0 Public Domain/Izvor: ScienceAlert

Fizika

Molekule ohlađene gotovo do stupnja apsolutne nule donose novi rekord u fizici

Proces hlađenja u dva koraka i s korištenjem lasera omogućio je fizičarima da spuste temperaturu molekula kalcijevog monofluorida na rekordno niske razine, čime su probili granicu za koju se dosad smatralo da je neprobojna.

Desetljećima unatrag, hlađenje pojedinačnih atoma do razina bliskima apsolutnoj nuli otvorilo je čitav novi svijet istraživanja u fizici čestica. Ovo posljednje postignuće također bi moglo ponuditi plodno tlo za razvoj novih spoznaja o ponašanju atoma kada su vezani u molekule.

Proces rekordnog hlađenja molekula obavili su znanstvenici iz Centra za hladnu tvar pri Sveučilištu u Londonu ne razlikuje se u velikoj mjeri od procesa koji se koriste pri hlađenju atoma.

Čestica koja se kreće ujedno je i vruća čestica, što znači da je za hlađenje atoma ili molekule potrebno samo usporiti zujanje čestice.



Jedan način da se to postigne je kroz korištenje načina na koje atomi apsorbiraju i emitiraju kvante svjetlosti, čime se potencijalno gubi dio zamaha.

Laser postavljen na određenu frekvenciju usmjeren je na atome zarobljene u zatvorenom prostoru putem magnetskog polja.

Ako se atom odmiče od svjetlosti, frekvencija koju doživljava je Doppler lagano pomaknut prema crvenom kraju spektra. Ako se čestica kreće prema zraki, frekvencija se pomiče prema plavom kraju spektra.

Pogađanje prave frekvencije znači da atomi koji se kreću prema laseru pri određenoj brzini mogu apsorbirati foton svjetlosti. To podiže jedan od elektrona na novu energetsku razinu, a potom elektron emitira foton u proizvoljnom smjeru kada se spušta.

Raspodijeljena preko čestica, ova emisija fotona predstavlja sveukupni pad zamaha atoma, te ih postepeno usporava.

Ovaj proces nazvan Dopplerovo hlađenje može ohladiti čestice do onog stupnja do kojeg izgubljenu energiju emitiranih fotona balansira energija koju prime zarobljeni atomi.

Pojedini atomi mogu se ohladiti iznad stupnja ove takozvane Dopplerove granice i brojnim drugim tehnikama, što omogućuje fizičarima da postignu nevjerojatne temperature od tek 0.00000000005 stupnja iznad apsolutne nule.

No sve dosad znanstvenici su uspijevali samo vezati atome u molekule dok su ohlađeni, ili ohladiti postojeće molekule stroncijevog fluorida do temperatura iznad Dopplerove granice.

Kada su vezani u kompleksnije sustave, atomi ne odgovoraju s jednakom pouzdanosti na iste trikove hlađenja.

Kako bi pomaknuli granicu, znanstvenici su zadržali grupu molekula kalcijevog monofluorida na mjestu kombinacijom magnetskih polja i laserima, što se naziva magnetsko-optička zamka.

Ovo je bilo dovoljno da ih spuste do razine Dopplerove granice. Kako bi ih spustili na još niže temperature, znanstvenici su koristili drugu tehniku naziva Sizifovo hlađenje.

Ako se sjećate grčke mitologije, znate da je kralj Sizif bio prokleta duša osuđena na vječno kotrljanje kamena uz planinu samo da bi se ona skotrljala s druge strane, a sve zato što je bio takav kralj koji je volio ubijati svoje goste.

Ova beskonačna tjelovježba upravo je ono što crpi energiju ovih čestica.

Umjesto planine, fizičari su koristili par suprotstavljenih lasera koji su polarizirani tako da potjeraju česticu uz energetsku planinu, a ona pritom gubi svoj zamah.

Ovo je omogućilo znanstvenicima da molekule kalcijevog monofluorida spuste na temperaturu 50 mikroKelvina.

To je još uvijek daleko od hlađenja koje se može izvesti na pojedinačnim atomima, ali je bolje od prošlog rekorda od 400 mikroKelvina, što je postignuto s molekulama stroncijevog fluorida.

Teoretski zid temperature apsolutne nule je poput Zenovog paradoksa fizike čestica – možemo smanjiti samo dio energije čestice u pokretu, što znači da je matematički nemoguće da čestica da čestica nema nikakvu toplinu.

No pomaci prema tom beskrajnom cilju omogućili su nam da proučavamo čestice do besprimjernih detalja, zbog pokazivanja čudnih novih ponašanja, te nam pruža uvid u nastanak sila koje ih vežu zajedno.

Nema sumnje da će ova nova granica pomoći proširiti naše znanje o tome kako kemija funkcionira na temeljnoj razini.

Ovo istraživanje objavljeno je u časopisu Nature Physics.

Tražili ste na googlu:

atom na apsolutnoj nuli

1 komentar

1 komentar

  1. Gordana Casanegra

    kolovoz 31, 2017 kod 9:55 pm

    Odlican clanak

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Nužna polja su označena s *

Više u Fizika

Popularno

Facebook

Na Vrh