Мы будем рады, если вы поддержите портал



Вконтакте Одноклассники Твиттер Фейсбук

красный зелёный голубой

Физики научились охлаждать водород «причесыванием»

Физики научились охлаждать водород «причесыванием»
ПОЛНЫЙ АНТИПАРАЗИТАРНЫЙ КОМПЛЕКТ (НА 10 ДНЕЙ ЧИСТКИ). ЛИМОННО ЭВКАЛИПТОВАЯ ЧИСТКА

Физики из Университета Калифорнии разработали новый метод лазерного охлаждения атомов, который позволит снизить температуру частиц до десятитысячных долей кельвина. Этот метод впервые позволит ученым работать с холодными атомами водорода, углерода, азота и кислорода, охлаждение которых невозможно традиционными методами из-за отсутствия ультрафиолетовых лазеров с необходимыми характеристиками. В его основе лежат оптические гребенки — лазерное излучение, спектр которого состоит из множества узких полос. Авторы надеются, что новая методика позволит моделировать астрофизические процессы и искать отличия в свойствах водорода и антиводорода. Исследование опубликовано в журнале Physical Review X, кратко о нем сообщает Physics.

Захваченные в ловушку холодные атомы — удобный модельный объект, на котором физики изучают различные явления в твердых телах, такие как сверхпроводимость или конденсация Бозе — Эйнштейна. Главное их преимущество — отсутствие тепловых колебаний, которые «размывают» сигнал в реальных системах. Ключевым в создании таких систем является процесс охлаждения атомов до температур вблизи абсолютного нуля. Существующие методики используют, как правило, доплеровское лазерное охлаждение.

Суть доплеровского охлаждения состоит в следующем. Облако предварительно охлажденного газа помещают в камеру на перекрестье лучей лазеров. Каждый фотон используемых лазеров несет в себе энергию немного меньшую, чем та, которая требуется атому газа для перехода в возбужденное состояние. Из-за этого при поглощении кванта света атом тратит часть своей кинетической энергии на переход в возбужденное состояние и уменьшает свою скорость. Спустя короткий промежуток времени атом испускает фотон обратно, переходя в невозбужденное состояние. Этот цикл повторяется многократно, в результате чего температура атомов газа в облаке опускается до миллионных долей кельвина. Кроме того, за счет интерференции в системе возникает магнитооптическая ловушка, которая заставляет атомы формировать периодические структуры.

Однако такой способ охлаждения удобен не для всех атомов. Традиционно физики используют его для щелочных и щелочноземельных элементов (например, K, Rb, Cs, Ba, Sr), также им можно охлаждать некоторые переходные и непереходные металлы. Но, к примеру, охлаждение водорода, углерода или кислорода требует лазеров с жестким ультрафиолетовым излучением — подобные устройства с непрерывным излучением и узкими спектральными диапазонами недоступны. Вместе с тем, существуют такие лазеры, работающие в импульсном диапазоне. Правда, подобные устройства почти не используются для охлаждения атомов — это связано с их спектральными характеристиками. Спектр таких лазеров состоит из набора тонких линий, расположенных на равных расстояниях друг от друга — ширина этого набора линий превышает ширину спектральных линий непрерывных лазеров, используемых для охлаждения.

В новой работе авторы воспользовались массивом спектральных линий — оптической гребенкой — как преимуществом импульсного лазера. Когда атомы поглощали фотон, относящийся к определенному «зубчику» гребенки, они переходили на виртуальный уровень возбуждения. Для перехода в первое возбужденное состояние атом должен был поглотить фотон из другого «зубчика». Такой двухступенчатый процесс заменял традиционное поглощение одного фотона в доплеровском охлаждении. Ученые отмечают, что в предыдущих попытках другие группы физиков использовали для охлаждения лишь несколько зубчиков из всей системы, а в их новом эксперименте используется вся гребенка.

Работоспособность методики авторы проверили на традиционном для подобных экспериментов рубидии. Ученые охлаждали облако атомов с помощью коротких импульсов оптических гребенок продолжительностью 2-5 пикосекунд. В результате удалось достигнуть температуры атомов в 57 микрокельвинов. По словам физиков, недостатком метода является небольшая скорость поглощения фотонов (а значит и охлаждения) — в 1000 раз меньше, чем в традиционных методах. Это означает, что для эффективного охлаждения атомов потребуется отдельная стадия предохлаждения, методику которой еще предстоит отработать.

Авторы предполагают, что с помощью новой методики удастся создать магнитооптическую ловушку для антиводорода — вещества, атомы которого состоят из позитрона и антипротона. Согласно современным представлениям, антиводород должен обладать точно такими же энергиями электронных переходов, как и водород. Измеряя спектры атомов антиводорода, захваченных в ловушку, физики смогут экспериментально проверить CPT-симметрию, одно из фундаментальных свойств квантовой теории поля.

Ранее мы сообщали о необычных явлениях, наблюдаемых при охлаждении атомов другим способом — взаимодействием с нейтральным холодным газом. Оказалось, что при попытке охладить захваченные в оптическую ловушку атомы последние могут сохранять высокую температуру (до 10 кельвинов) даже при субкельвиновой температуре охлаждающего газа.

Владимир Королёв

N+1

Поставьте оценку:
Рейтинг 0 (Проголосовало: 0)

ОЗДОРОВЛЕНИЕ И ДОХОД С КОРПОРАЦИЕЙ "СИБИРСКОЕ ЗДОРОВЬЕ"

Понравилось? Поделитесь с друзьями через кнопки социальных сетей!

Добавить страницу в закладки

0
19:21
42
Популярные видео каналы