Пучок холодных атомов без лазерного охлаждения

26.01.2023

Американским физикам удалось получить атомы лития температурой в 10 милликельвинов, охладив их в потоке гелиевого газа и поймав в магнитную ловушку. По эффективности их метод оказался не хуже лазерного охлаждения, однако может использоваться с большим количеством видов атомов и расширить область использования холодных атомных пучков.

С атомами, ионами и молекулами физикам-экспериментаторам гораздо проще работать в охлажденном состоянии. Охлаждение до температур, менее одного кельвина, минимизирует кинетическую энергию частиц, благодаря чему они становятся более контролируемыми. Так их можно затачивать в ловушки, использовать для высокоточных измерительных экспериментов, например атомной интерферометрии, а также изучать квантовые явления и экзотические формы материи.

В своем новом эксперименте физики Техасского университета в Остине предложили новый способ получения непрерывных пучков охлажденных атомов.

Самым используемым способом охлаждения атомов является лазерное охлаждение, которое полагается на поглощение атомами света. Правильно выбранная частота ниже резонансного перехода в атоме заставит частицу тратить свою кинетическую энергию, замедляться и в конце концов охлаждаться. Впрочем, несмотря на успехи метода, он подходит не всем атомам, а также накладывает ограничения и на некоторые эксперименты с частицами.

Еще одним способом получения холодных пучков атомов и молекул является использование буферного газа. Метод охлаждения буферным газом работает путем рассеивания энергии интересующих частиц с помощью упругих столкновений с холодными атомами инертного газа, как например, гелий или неон. Поскольку этот механизм охлаждения не зависит от внутренней структуры частиц (в отличие от лазерного охлаждения), охлаждение буферным газом применимо практически к любому атому или малой молекуле.

Температура луча получаемых атомов обычно находится в диапазоне от одного до нескольких кельвинов. Более низких температур можно достичь с помощью сверхзвуковых струй инертных газов, с которым частицы охлаждаются за счет адиабатического расширения газа-носителя.

В своей работе ученые решили соединить преимущества обоих способов и создали пучок атомов лития-7, охладивших до 10 милликельвинов в камере с охлаждаемым расширением гелием, выпуская сверхзвуковой струей.

В эксперименте исследователей газообразный гелий-4 подается на сверхзвуковой скорости в небольшую цилиндрическую ячейку, где охлаждается до температуры 4,4 кельвина. В поток гелия направляется пучок лития, часть атомов которого захватывается потоком гелия и за счет столкновений с ним охлаждается. Расширенная струя газа перенаправляется в следующую вакуумную камеру, а атомы лития улавливаются магнитной гексапольной линзой, которая фокусирует их, воздействуя на магнитный момент. Атомы гелия не фокусируются магнитом и поэтому продолжают двигаться баллистическими траекториями, пока не столкнутся с поверхностью.

Так ученые могут получить максимальный поток атомов лития при минимально возможной температуре. Экспериментаторы отмечают, что улучшенная конструкция камеры сможет увеличить поток в десять раз, а сам подход можно адаптировать к другим атомам и молекулам, которые ученые планируют проверить в последующих работах.

<< Назад: Скоростное путешествие на Марс 26.01.2023

>> Вперед: Батарея, работающая на фотосинтезе 25.01.2023

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Птичка вылетает и помогает поймать грабителя 18.10.2001 Опытные фотографы знают: когда снимаешь собаку или маленького ребенка, чтобы заставить свой объект посмотреть прямо в камеру, надо пощелкать пальцами или посвистеть. Срабатывает чисто инстинктивная реакция поиска источника неожиданного звука (академик Павлов называл ее рефлексом "что такое?"). Подобный же метод профессор Дебора Уидингтон из университета английского города Лидс предлагает использовать для поимки преступников. Телекамеры, расставляемые в магазинах и банках, далеко не всегда ловят изображение грабителя анфас. Для более успешной видеосъемки надо скомбинировать камеру с динамиком, излучающим в момент съемки специально синтезированный резкий звук с широким частотным спектром. Как показали эксперименты, не обернуться на него просто невозможно, и узнаваемый портрет грабителя практически гарантирован.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025