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:

Звуки капель ускоряют прорастание на 30% 20.05.2026

Растения обладают удивительной чувствительностью к окружающему миру, и новые исследования показывают, что они способны воспринимать даже звуки. Ученые обнаружили, что семена риса ускоряют свое прорастание, реагируя на шум дождя. Этот механизм помогает растениям лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и может играть важную роль в их выживании. В ходе экспериментов исследователи записывали звуки дождя разной интенсивности. Оказалось, что падение капель создает значительное звуковое давление - сравнимое с тем, которое фиксируют на небольшом расстоянии от двигателей реактивных самолетов. Хотя такие звуки находятся за пределами человеческого слуха и плохо передаются из воды в воздух, они вполне способны влиять на семена, находящиеся под тонким слоем воды или почвы. Ученые провели серию опытов с посевным рисом, который традиционно высевают в увлажненную почву или под слой воды. Семена помещали в лужи глубиной 2,5-3 сантиметра и воспроизводили звуки дождя. Небол ...>>

Volkswagen ID. Polo GTI 20.05.2026

Volkswagen продолжает развивать легендарную линейку GTI, перенося ее дух в эпоху электромобилей. Компания официально представила ID. Polo GTI - первый полностью электрический "горячий" хэтчбек, который сочетает в себе современные технологии и фирменный драйверский характер моделей GTI, история которых началась еще в 1976 году с первого Golf GTI. Премьера новинки прошла во время знаменитой 24-часовой гонки на Нюрбургринге. Электромотор на передней оси развивает 222 л.с. (166 кВт) и выдает 290 Нм крутящего момента. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает 6,8 секунды. Хотя динамика не претендует на звание рекордной в классе, Volkswagen сделал акцент на точной управляемости и узнаваемом "GTI-настроении". Для этого автомобиль оснастили блокировкой переднего дифференциала, адаптивной спортивной подвеской DCC и прогрессивным рулевым управлением. ID. Polo GTI использует ту же батарею емкостью 52 кВтч с химией NMC, что и обычная версия модели. Запас хода по циклу WLTP достигает 424 км. Поддержива ...>>

Коты охотнее разговаривают с мужчинами 19.05.2026

Домашние кошки всегда считались довольно сдержанными и избирательными в проявлении эмоций. Однако новое исследование показало, что наши пушистые питомцы гораздо активнее используют голос при общении с мужчинами, чем с женщинами. Это открытие помогает глубже понять особенности кошачьего поведения и природу их отношений с человеком. Ученые из Университета Анкары проанализировали реакцию 31 домашнего кота. Владельцы записывали на видео поведение животных в первые минуты после возвращения домой, стараясь вести себя максимально естественно. Результаты оказались весьма примечательными: в среднем за первые 100 секунд после прихода мужчины коты издавали 4,3 различных вокализации - мяуканье, мурлыканье или характерные "чириканья". При появлении женщины этот показатель составил всего 1,8. Исследователи изучили 22 разных типа поведения кошек, включая трение о ноги, зевки и реакцию на еду. Единственным значимым различием между мужчинами и женщинами оказалась именно частота вокализаций. Возра ...>>

Умная сушилка Xiaomi Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 19.05.2026

Компания Xiaomi представила новую модель Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 - инновационный многофункциональный комплекс, который кардинально меняет представление о сушке одежды и организации балконного пространства. Главное преимущество новинки заключается в гибкой системе организации. Устройство оснащено четырьмя независимыми зонами, благодаря чему одновременно можно сушить совершенно разные типы вещей - от легкого белья и носков до объемных одеял и верхней одежды. Для этого предусмотрено 38 открытых крючков, 32 вращающихся зажима, 20 выдвижных стержней и две специальные сетки, что позволяет оптимально использовать каждый сантиметр пространства. Еще одна яркая особенность - встроенное интеллектуальное освещение. 42-дюймовый световой модуль мощностью 36 Вт и световым потоком 3000 люмен способен полностью заменить потолочную люстру на балконе. Пользователи могут регулировать цветовую температуру в диапазоне от 3000 до 5700 K, создавая комфортную атмосферу для разных сценариев - ...>>

Сильнее всего мы злимся на самых близких 18.05.2026

Многие замечали одну и ту же странную закономерность: на работе или в общении с посторонними людьми мы способны сдерживать раздражение даже в сложных ситуациях, а дома можем вспыхнуть из-за сущей мелочи. Этот парадокс хорошо известен психологам и имеет глубокие нейробиологические причины. Оказывается, дело не в "плохом характере", а в особенностях работы нашего мозга и нервной системы. Когда мы находимся среди малознакомых людей, префронтальная кора головного мозга активно контролирует эмоции. Она выступает в роли внутреннего цензора, подавляя агрессию и помогая выбирать социально приемлемые реакции. Дома же мозг воспринимает окружение как максимально безопасное и предсказуемое, поэтому уровень контроля заметно снижается. В результате накопленные эмоции выходят наружу гораздо ярче и сильнее. Кроме того, мозг формирует особый "эмоциональный архив" именно на близких людей. Даже незначительные обиды и раздражения, которые мы переживаем годами, откладываются в памяти. При новом конфл ...>>

Случайная новость из Архива SIMO PMIC-преобразователь MAX77654 17.05.2020 Компания Maxim Integrated выпустила новый PMIC-преобразователь, позволяющий увеличить время работы портативных устройств до 20%. Революционная технология SIMO сокращает количество компонентов в цепи питания до 40% по сравнению с типовыми решениями. Уменьшая габаритные размеры потребительских устройств, не стоит забывать о необходимости увеличения времени их работы (без увеличения габаритов батареи) и уменьшения рассеиваемого тепла. MAX77654 - это SIMO PMIC-преобразователь, работающий с одной катушкой индуктивности. Он может обеспечить КПД до 91%, что на 16% больше, чем у традиционных схем на четырех преобразователях. Применение MAX77654 позволяет разработчикам существенно сократить место на плате и снизить энергопотребление всего устройства. MAX77654 поможет решить проблемы с проектированием системы питания в ограниченном пространстве, заменяя сразу три повышающих (boost) преобразователя и используя при этом для работы всего одну катушку индуктивности, два LDO-преобразователя и модуль заряда аккумулятора. При этом уменьшается и количество пассивных компонентов в обвязке микросхемы, что в совокупности позволяет сократить занимаемую площадь до 50%. Ток потребления в режиме Shutdown составляет 500 нА, а при работе преобразователя на полную нагрузку не превышает 6 мкА, что позволяет разработчикам использовать энергию аккумуляторов для организации дополнительных функций в своих носимых устройствах. Также разработчикам MAX77654 удалось снизить тепловыделение на 20°С по сравнению с другими решениями, работающими от одной катушки индуктивности. Кроме того, пульсации выходного напряжения данного преобразователя не превышают 20 мВ, что является преимуществом при питании устройств, чувствительных к шумам. Данный PMIC-преобразователь вместе с обвязкой, включающей в себя 9 конденсаторов и катушку индуктивности, занимает на плате всего 19 мм2. Это, в совокупности с минимальными значениями собственного тока потребления, делает его идеальным для применения в компактных устройствах, требующих длительного времени работы без подзарядки.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026