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:

Спасение коралловых рифов пересадкой доноров 10.12.2024

Ученые из Университета Бар-Илана предложили пересаживать фрагменты экосистемы здорового коралла на поврежденный. В результате здоровая экосистема помогает кораллу восстановиться. В новом исследовании был применен метод "пересадки экосистемы кораллового рифа". Он заключается в том, что со здорового рифа берется разнообразное сообщество организмов, в том числе беспозвоночных и микробов, выращивается на терракотовой плитке, а потом вместе с плиткой переносится на поврежденный риф. Эксперименты показали заметное улучшение здоровья кораллов: повысилась эффективность фотосинтеза и увеличилась популяция симбиотических водорослей. Результаты показали, что пересадка здоровой экосистемы может значительно повысить жизнестойкость и физиологические функции кораллов. Важным элементом эксперимента являются сами терракотовые плитки. Они повторяют сложную 3D-структуру природных коралловых рифов и обеспечивают удобную среду для разнообразных организмов. Ученые подробно описали проведенный эк ...>>

Разработана долговечная алмазная батарея 10.12.2024

Британские ученые построили уникальную батарею, способную работать тысячелетиями. Это устройство, получившее название алмазной батареи, основано на использовании радиоактивного изотопа углерода-14 и может стать революцией в мире энергетики. Принцип работы алмазной батареи схож с работой солнечных панелей, но с одной важной разницей: вместо света она использует радиоактивный распад углерода-14. Углерод-14 - это радиоактивный изотоп, известный по методу радиоуглеродного датирования, который широко применяется в археологии и геологии для определения возраста органических материалов. При распаде углерода-14 высвобождаются электроны, которые алмазная структура улавливает и преобразует в электрический ток. Этот процесс обеспечивает стабильное и долговечное производство энергии, так как период полураспада углерода-14 составляет около 5700 лет. Алмазная батарея обладает рядом значительных преимуществ: 1. Долговечность: Благодаря стабильности радиоактивного изотопа устройство способ ...>>

Влияние просмотра телевизора на размер мозга 09.12.2024

Продолжительный просмотр телевизора может негативно сказаться на здоровье мозга, снижая объем серого вещества - области, где сосредоточены нейроны, ответственные за обработку информации. Эти данные были получены в рамках исследования, проведенного командой ученых из Школы общественного здравоохранения Блумберга при Университете Джонса Хопкинса. Возглавлял проект Райан Догерти. Ученые анализировали данные крупного долгосрочного исследования "Развитие риска коронарных артерий у молодых взрослых" (CARDIA), начатого в 1985 году при поддержке Национального института сердца, легких и крови США. В исследовании участвовали более 5000 человек из четырех городов Соединенных Штатов, и его цель заключалась в изучении факторов, влияющих на здоровье на протяжении жизни. Один из аспектов, изученных в рамках CARDIA, был связан с привычками участников, включая время, проводимое перед экраном телевизора. Выяснилось, что те, кто смотрел телевизор более 1,4 часа в день, к 50 годам теряли около 0,5% ...>>

Найдена причина образования новых нервных клеток 09.12.2024

Возможность восстановления нервных клеток - одна из самых загадочных и желанных целей в современной медицине. Немецкие ученые из Дрезденского технического университета, возглавляемые Михаэлем Брандом, сделали важный шаг в этом направлении, изучив уникальные способности рыбы-зебры. Исследователи обнаружили, что регенерация тканей головного мозга у этой рыбы связана с воспалительной реакцией, которая запускает процесс образования новых нервных клеток. Рыба-зебра, небольшой пресноводный организм, стала популярной моделью для изучения регенерации благодаря своей способности восстанавливать ткани, включая мозг, даже после серьезных повреждений. В ходе экспериментов ученые установили, что воспаление, возникающее в поврежденной ткани, играет ключевую роль в регенерации. Это открытие удивительно, поскольку у млекопитающих воспаление обычно приводит к образованию рубцов, блокирующих восстановление нервных клеток. У млекопитающих, включая человека, после повреждений головного мозга формиру ...>>

Вкус вируальной реальности 08.12.2024

Ученые из Гонконга представили уникальное устройство, способное воспроизводить разнообразные вкусы, словно в сказке. Гаджет, напоминающий обычный леденец, позволяет "почувствовать" вкус в виртуальной реальности. Это не просто развлечение, а шаг в будущее, где технологии могут в корне изменить наше восприятие мира. Гаджет использует метод ионофореза - воздействия электрического тока для управления вкусовыми рецепторами языка. В его конструкции предусмотрены девять каналов, заполненных ароматизированными гидрогелями. Когда через них проходит электрический ток, гели выделяют химические вещества, создающие вкусовые ощущения. Это позволяет пользователю почувствовать сладкий, кислый, соленый, горький и умами вкусы без реального употребления пищи. Для имитации вкусов в составе гидрогелей использованы такие безопасные компоненты, как сахар, соль, лимонная кислота и экстракты натуральных продуктов: вишни, молока, зеленого чая, маракуйи, дуриана и грейпфрута. Устройство потребляет минималь ...>>

Случайная новость из Архива Трансформатор для Китая 09.07.2009 По заказу КНР немецкая электротехническая фирма "Сименс" сконструировала и построила трансформатор на 800 киловольт. Трансформатор размером с двухэтажный коттедж ожидает сейчас доставки в Китай. Для линии электропередачи из провинции Юньнань в Гуандун длиной 1400 км потребуются десять таких гигантов и еще столько же - для передачи энергии от новой ГЭС на юго-западе страны в Шанхай (длина линии более 2000 км).

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2024