Регистрация    Войти
Авторизация
» » Физикам удалось охладить макрообъект сильнее, чем это вообще возможно

Физикам удалось охладить макрообъект сильнее, чем это вообще возможно

Категория: Это интересно
Физикам из Национального института стандартов и технологий (NIST) удалось охладить макроскопический объект — алюминиевую пластинку — до температуры, ниже квантового лимита, используя «сжатый свет». При этом остановилось не только движение атомов относительно друг друга: даже электроны «ушли» на самые низкие энергетические уровни.
Физикам удалось охладить макрообъект сильнее, чем это вообще возможно

Алюминиевая пластина (она же микроволновой резонатор), который удалось охладить ниже квантового предела
Алюминиевая пластина (она же микроволновой резонатор), который удалось охладить ниже квантового предела
Абсолютный ноль, при котором прекращается движение атомов и молекул — это теоретическая концепция, в природе 0 К не бывает. Ученые научились приближаться к абсолютному нолю, охлаждая отдельные атомы лазером — например, за счет эффекта Допплера. В таких экспериментах физики порционно подают на отдельные атомы и небольшие группы атомов фотоны, частота которых чуть ниже частоты ближайшего доступного энергетического уровня электрона в атоме. Поглощая фотон, атом приобретает энергию и стремится совершить скачок на следующие уровень —, но энергии недостаточно, и атом возвращается в основное состояние, да еще тратит энергию на попытку перехода. В результате он становится несколько «холоднее», чем до встречи с фотоном. Таким образом удавалось охлаждать отдельные частицы до 500 милликельвин.
Ниже этой температуры материю можно охладить методом боковой полосы, направив на частицу волну с частотой, соответствующей частоте одного из пределов (боковой полосы) колебаний атома, предварительно охлажденного по допплеровскому методу.

Однако в подобных экспериментах по охлаждению речь всегда идет об объектах микромира — атомах и молекулах. Физики из NIST же попытались охладить огромную по сравнению с отдельными атомами вещь — алюминиевую пластинку диаметром в половину сечения человеческого волоса. Сделать это удалось, сделав из нее микроволновой резонатор и направив на него луч лазера, дающего свет в особом, сжатом состоянии.
За экспериментальное подтверждение существования сжатого когерентного света Рой Глаубер получил Нобелевскую премию по физике в 2005 году. Проводя фотоны через особые кристаллы, Глаубер научился получать свет одной, очень чистой частоты. Кванты света, выходящие из глауберовского лазера, имеют самую низкую из возможных для себя энергий, поэтому с их помощью можно воздействовать на частицы, сообщая им очень точное количество энергии.
Направив на микроволновой резонатор такой сжатый свет, ученые получили следующую картину. Атомы металла в резонаторе были предварительно «настроены» на одну частоту. Кванты сжатого света, попадая в резонатор, «раскачивали» электроны почти до прыжка на следующий энергетический уровень, но энергии для перехода не хватало, и они возвращались обратно в невозбужденное состояние, теряя при этом еще некоторое количество энергии. В результате таких потерь вещество всего резонатора охладилось ниже квантового предела — теоретической границы, за которой заканчивается измерение температуры и начинается измерение энергии квантовых явлений. Косвенными методами удалось измерить частоту колебаний системы (термин «температура» здесь не вполне применим): она оказалась равной 0,18–0,20 фононам (квантам колебательного движения атомов кристалла или металла). Атомы алюминия практически замерли на месте, и даже электроны в атомах металла заняли самые низкие энергетические уровни.
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.