Охлаждение почти до абсолютного нуля

22.09.2017

Исследователи из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College London) разработали и опробовали новую технологию охлаждения, в которой используется комбинация магнитных полей и лазерного света. Во время экспериментов магнитное поле удерживало в ловушке молекулу монофторида кальция, а свет нескольких лазеров использовался для охлаждения этой молекулы до температуры в 50 микрокельвинов, 50 миллионных долей градуса выше точки абсолютного нуля (-273,15 градуса Цельсия).

Отметим, что новая технология является далеко не первой и единственной технологией низкотемпературного охлаждения отдельных молекул вещества. Однако, новая технология позволяет использовать более широкий ряд видов молекул, чем метод традиционного лазерного охлаждения. При помощи нового метода можно охлаждать даже молекулы самых экзотических веществ, которые не существуют в природе и синтезируются в лабораторных условиях.

Из курса школьной физики нам известно, что температура является мерой скорости хаотического движения частиц, атомов или молекул, любого вещества, газа, жидкости или твердого вещества. И для охлаждения частиц требуется их замедлить до минимально возможной скорости.

Именно для замедления скорости движения молекул монофторида кальция в данном случае используется свет нескольких лазеров, направленных на молекулу с разных сторон. Первый лазер освещает охлаждаемую молекулу слева и эта молекула поглощает один из фотонов. Этот фотон отбирает у молекулы некоторое количество ее кинетической энергии подобно бильярдному шару, сталкивающемуся с другим бильярдным шаром. Но с первого раза молекула не теряет свой импульс движения полностью, она начинает двигаться в другую сторону, где ее настигает фотон света от лазера, установленного с обратной стороны. За счет движения молекулы и Допплеровского эффекта длина волны фотона света второго лазера уменьшается, этот фотон поглощается молекулой, которая замедляется от этого еще больше.

В результате такого лазерного "пинг-понга" молекула, выступающая в роли мячика, постепенно замедляется и становится более холодной. При этом, свет от дополнительных лазеров держит молекулу в возбужденном энергетическом состоянии, что позволяет ей испускать фотоны света сразу после поглощения фотонов света "замедляющих" лазеров. Эти фотоны излучаются в произвольных направлениях и не очень сильно изменяют количество кинетической энергии движения молекулы, но и этого достаточно для того, чтобы молекула всегда оставалась чуть "теплой".

Для преодоления предела минимальной температуры технологии допплеровского охлаждения ученые использовали магнитное поле, которое выступало в качестве ловушки для молекулы, для ее ориентации в пространстве в заданном направлении и для подъема ее на некоторую высоту относительно начальной, что привело к увеличению потенциальной энергии и пропорциональному уменьшению кинетической энергии молекулы. И такая уловка позволила уменьшить кинетическую энергию молекулы до уровня, соответствующего температуре 50 микрокельвинов.

<< Назад: Обнаружен уникальный двойной астероид 23.09.2017

>> Вперед: Самый опасный вирус на земле 22.09.2017

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 Android признали самой опасной мобильной ОС 19.04.2012 Blackberry, по мнению экспертов Trend Micro, является самой безопасной среди основных современных мобильных ОС. Android, в то же время, наименее защищена. Согласно новому отчету компании Trend Micro, Blackberry 7 OS от канадского производителя смартфонов Research in Motion является самой защищенной мобильной операционной системой на рынке. В рамках своего исследования специалисты Trend Micro сравнили уровень защищенности четырех наиболее популярных операционных систем для смартфонов - Blackberry, Android от компании Google, iOS от Apple и Windows Phone от Microsoft - при применении корпоративными пользователями. Операционные системы проверялись по нескольким основным критериям: наличию встроенной защиты, аутентификации, защищенности приложений, встроенному файрволу, возможности очистки устройства и ряду других. Операционной системе Blackberry удалось набрать наивысший балл - 2,89. На втором месте оказалась iOS с показателем 1,7, на третьем - Windows Phone - 1,61. Android продемонстрировала худшие показатели защищенности, набрав только 1,37 балла. По словам авторов отчета, "BlackBerry OS демонстрирует очень высокие показатели по всем основным критериям, заметно выделяясь по сравнению с тремя остальными мобильными платформами. Система предоставляет безопасность корпоративного уровня, а также возможности для гибкой настройки и управления инструментами безопасности - все это делает данную платформу хорошим выбором для использования предприятиями". Одной из основных причин низкого показателя Android является фрагментация системы. "У Android нет основного средства обеспечения обновлений операционной системы, из-за чего многие пользователи остаются незащищенными от критических уязвимостей в течение долгого периода времени", - отмечают в Trend Micro. По поводу iOS в отчете говорится, что на безопасность в мобильной операционной системе Apple влияют физические особенности iPhone и iPad. Так, система не предлагает опций для добавления съемных носителей (например, USB, - прим. CNews), отсутствие которых обеспечивают еще один уровень защиты для пользователей". Windows Phone от Microsoft эксперты называют "сравнительно надежной и безопасной". "На фоне растущей и безостановочной консьюмеризации, любое мобильное устройство несет некий риск для бизнеса. Что интересно в этих результатах - некоторые мобильные платформы за последнее время очень заметно развились по корпоративной линии, однако в них до сих пор остается сильное наследие "потребительского маркетинга", которое зачастую сводит на нет прогресс в сфере обеспечения безопасности систем", - отметил Римунд Гинс (Rimund Genes), технический директор компании Trend Micro.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025