Лазер охлаждает молекулы

05.09.2017

Очень холодные молекулы, почти не имеющие теплового движения, нужны физикам для самых различных исследований, начиная с изучения свойств самих молекул до создания квантовых компьютеров. Полагают, что при этом должны замедляться и различные реакции, что позволит изучить происходящие процессы. Однако на пути достижения сверхнизких температур природа установила целый ряд барьеров.

Авторы рекордного достижения из Центра холодной материи в Имперском колледже Лондона использовали самый распространенный способ лазерного охлаждения молекул - доплеровский.

Чтобы понять его механизм, вспомним, что атом поглощает и излучает фотоны с энергией, равной разности его уровней энергии. В данном методе частота лазерного излучения выбирается несколько меньше, чем нужно для поглощения. Но из-за эффекта Доплера движущийся навстречу фотону атом "видит" у того большую частоту и поглощение все же происходит.

Затем возбужденный атом спонтанно излучает фотон, но уже большей частоты. Поэтому при каждом таком цикле поглощение-излучение он теряет часть своей кинетической энергии, а, значит, охлаждается. На догоняющий луч лазера атом не реагирует, так как эффект Доплера для него еще больше понижает частоту, делая поглощение невозможным.

Несколько лазерных лучей, идущих в разных направлениях, замедляют атомы при любом направлении их движения. Создается впечатление, что атомы движутся в вязкой жидкости вроде меда или патоки. Такой метод охлаждения и получил название "оптической патоки".

Однако таким способом нельзя охладить молекулы и атомы до температур ниже, чем несколько сотен микрокельвинов. Дело в том, что из-за соотношения неопределенностей поглощаются фотоны не одной частоты, а целого диапазона частот. Физики говорят, что спектральная линия имеет ширину. Но тогда при низких скоростях атомов будут поглощаться фотоны с обоих направлений, и метод перестанет работать. Температура, при которой это происходит, получила название доплеровского предела.

<< Назад: Искусственный интеллект поможет выбрать рецепт 06.09.2017

>> Вперед: Самоуправляемый холодильник Panasonic 05.09.2017

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 Механическая память гелей и лосьонов 01.09.2025 Современные материалы нередко ведут себя непредсказуемо: одни партии косметики или продуктов питания могут быть идеально стабильными, а другие - быстрее расслаиваться или менять консистенцию. Недавнее исследование американских ученых помогло объяснить эту загадку и показало, что мягкие стекловидные вещества, включая гели и лосьоны, обладают своеобразной "механической памятью", которая сохраняется значительно дольше, чем предполагалось ранее. Работа была проведена в Массачусетском технологическом институте под руководством исследовательницы Кристалл Оуэнс. С помощью стандартного реометра она смогла измерить остаточные напряжения в гелеобразных веществах, например в геле для волос. Эксперименты показали, что даже после достижения полной однородности материалы продолжают удерживать невидимые внутренние напряжения, которые проявляются спустя несколько дней. Как отмечает Оуэнс, такие вещества способны "помнить", в каком направлении их смешивали и как давно это происходило. Полученные результаты объясняют, почему лосьоны, кремы для бритья или иные гели одного типа могут вести себя по-разному. Производственные процессы, на первый взгляд совершенно одинаковые, на самом деле оставляют различия в структуре материала. Эти остаточные напряжения напрямую влияют на стабильность и поведение продукта. По словам исследовательницы, именно этим можно объяснить различия между партиями косметики или даже продуктов питания. Особенность мягких стекловидных материалов заключается в их двойственной природе: они сочетают черты жидких и твердых тел. После процесса перемешивания они находятся в неустойчивом равновесии, а скрытые напряжения постепенно его нарушают. В результате лосьоны и кремы со временем могут расслаиваться, что делает проблему не только интересной с точки зрения физики, но и значимой для промышленности. Кристалл Оуэнс также предложила теоретическую модель, учитывающую поведение материалов с учетом остаточного напряжения. Ее работа открывает возможность создавать вещества с "кратковременной памятью", которые будут дольше сохранять стабильность. Если удастся контролировать такие параметры, можно будет существенно улучшить качество косметики и других мягких продуктов. Любопытно, что эффект механической памяти проявляется не только в потребительских товарах. Асфальт, например, также является мягким стекловидным материалом. Напряжения, возникающие в нем при смешивании, в будущем могут приводить к образованию трещин в дорожном покрытии. Если на этапе производства удастся уменьшить эти скрытые напряжения, дороги станут более прочными и долговечными.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025