文章图片
欧洲一个量子光学研究所的科学家们开发了一种新型的分子气体冷却技术 ， 它可以使极性分子冷却到非常非常低的温度 。 科学家们本次成功实验的关键是基于旋转微波场 ， 通过能量屏蔽 ， 它有助于在冷却过程中稳定分子之间的碰撞 。 通过这种方式 ， 科学家们成功地将钠钾分子气体冷却到21纳开尔文摄氏度 。 毫无疑问 ， 科学家们已经创造了新的低温记录 ， 在未来 ， 这项新技术将允许创造和探索许多迄今为止还无法通过实验获得的量子物质 。
当高度稀释的气体冷却到较低温度时 ， 会显示出奇异的特性 。 因此 ， 一些气体形成了玻色爱因斯坦凝聚体 ， 这是一种所有原子一致运动的物质 。 另一个例子是超固体 ， 物质表现为具有周期结构的无摩擦流体状态 。 科学家们希望在冷却由极性分子组成的气体时 ， 能发现特别多样且特别的量子物质形式 ， 其特点是电荷分布不均匀 ， 与自由原子不同 ， 它们可以旋转、振动、相互吸引或排斥 。 然而 ， 很难将分子气体冷却到超低温 。
【21纳开尔文！远低于临界费米温度，欧洲新分子冷技术实验成功】在本次实验中 ， 科学家们使用了钠钾NaK分子气体 ， 这些分子被激光限制在光学阱中 。 为了冷却气体 ， 科学家们依靠一种久经验证的有效方法来冷却未结合的原子 ， 参与本次实验的科学家表示：“一种气体可以冷却到几纳开尔文 ， 也就是说只比绝对零度高出十亿分之一度 。 如果气体是由分子组成的 ， 那么这些分子必须在非常低的温度下进一步稳定下来 ， 原因在于分子的结构比未结合的原子复杂得多 。 因此 ， 在碰撞过程中控制其运动是非常困难的 。 分子在碰撞过程中可以粘在一起 ， 此外 ， 极性分子的行为就像微小的磁铁 ， 可以咬合在一起 ， 在这种情况下 ， 它们会在实验中丢失 。 ”
为了克服这个障碍 ， 科学家们额外使用了一个专门准备的电磁场 ， 作为分子的能量屏蔽 ， 防止它们粘在一起 。 一位科学家解释说：“我们利用强大的旋转微波场创造了这种能量屏蔽 。 磁场使分子以更高的频率旋转 。 ”如果两个分子靠得太近 ， 它们可以交换动能 ， 但同时它们会对齐 ， 从而相互排斥并迅速再次分离 。 为了产生具有所需特性的微波场 ， 科学家们在含有钠钾分子气体的光阱下放置了一个螺旋天线 。
“此外 ， 在电场的影响下 ， 分子之间产生了强烈的远程电相互作用 。 结果是 ， 它们碰撞的频率比没有旋转微波场的情况下要高得多——每个分子平均碰撞500次左右 ， 这足以通过蒸发将气体冷却到接近绝对零度 。 仅仅过了三分之一秒 ， 温度就达到了21纳开尔文左右——远低于临界的费米温度 。 它标志着量子效应控制气体行为的极限 ， 在这个极限之下 ， 奇异现象开始出现 。 我们达到的温度是迄今为止极性分子气体中最低的 。 ”科学家们高兴地说 。
未来 ， 通过对实验装置的技术改进 ， 科学家们可以达到更低的温度 ， 这次实验结果能对量子效应和量子物质的研究产生非常深远的影响 。 “由于新的冷却技术非常简单 ， 因此也可以将其集成到大多数具有超冷极性分子的实验装置中 ， 该方法会很快得到广泛应用 ， 并有助于许多新发现 。 微波辅助冷却不仅为超流体和超固体等物质的特殊状态开辟了一系列新的研究领域 ， 此外 ， 它在量子技术中也很有用 。 例如 ， 在量子计算机中 ， 超冷分子可能可以存储数据 。 对于研究超冷极性分子的团队来说 ， 这真是激动人心的时刻 。 ”科学家们解释说 。
推荐阅读
- 不以为耻，反以为荣！嘎子偷狗偷鸭偷羊的背后，是沦为了流量奴隶
- 登月必争？月球某处居然存在适合人类生存的温度！只不过是个“坑”
- 花着喜剧电影的钱，看了一部科幻片，开心麻花真的升华了
- 一幅引人注目的卫星图像显示出格陵兰岛发生重大崩溃
- 电影《环太平洋》，是集合了各种科幻，和美学优点的爆米花巅峰
- 空气对人体的影响！