О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Украина | Свидетели Иеговы
Читайте нас:
Доступное в России зеркало Граней: https://grani-ru-org.appspot.com/Society/Science/m.43566.html

статья Получен рекордный ультрахолодный "атомный снежок"

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 16.09.2003
http://www.physicsweb.org/box/news/7/9/8/apparatus
http://www.physicsweb.org/box/news/7/9/8/apparatus
Реклама

Самым холодным из известных объектов во Вселенной отныне может считаться облако атомарного натрия, полученное в лаборатории в Кембридже (штат Массачусетс) под руководством лауреата Нобелевской премии Вольфганга Кеттерле (Wolfgang Ketterle).

Физики из MIT-Harvard Centre for Ultra-Cold atoms (Центра ультрахолодных атомов, созданного совместно Массачусетским технологическим институтом и Гарвардским университетом) охладили 2500 атомов натрия до половины миллиардной части градуса выше абсолютного нуля - температуры, при которой колебания атомов почти полностью замирают. В результате получается ни много ни мало как принципиально новое, пятое состояние вещества (если считать таковыми твердое, жидкое, газообразное и плазму; при желании к этому списку "стихий" можно добавить и недавно полученную кварк-глюонную плазму) - так называемый конденсат Бозе - Эйнштейна. Главная особенность данного конденсата состоит в том, что образующие его атомы переходят на самый низкий из всех возможных энергетических уровней, утрачивают свою самостоятельность и начинают себя вести подобно единому гигантскому атому - получается своего рода "атомный снежок". Образуется совершенно новый необычный тип вещества, в макроскопических масштабах обладающего волновыми свойствами, присущими любой "настоящей" элементарной частице.

Принципиальная возможность перевода вещества в такое состояние (бозе-конденсация) была предсказана индийским физиком Шатьендранатом Бозе в 1924 году (для фотонов) и в том же году теория была развита знаменитым Альбертом Эйнштейном (уже применительно к молекулам идеального газа). Однако получить бозе-конденсат на практике физикам удалось лишь в самом конце XX века (в 1995 году). Американцы Эрик Корнелл, Карл Вейман и немец Вольфганг Кеттерле были в 2001 году удостоены Нобелевской премии по физике именно за получение конденсата Бозе - Эйнштейна в разреженных газах из атомов щелочных металлов (рубидия и натрия) и за исследование свойств этого конденсата.

Чтобы охладить атомы до небывалых температур, используют комбинацию двух новейших методов глубокого охлаждения: лазерное охлаждение и охлаждение испарением. Ученые "заманивают" миллионы охлаждаемых атомов в магнитную ловушку, уравновешивая гравитационное поле магнитным, затем замедляют их движение лазерами (фокусированный лазерный пучок индуцирует электромагнитный дипольный момент в атомах, вследствие чего они "привязываются" к интенсивным электромагнитным полям в лазерном фокусе) и опять же лазерным лучом "отгоняют" самые быстрые горячие атомы (самые энергичные атомы убегают, а "остывшие" атомы задерживаются - эту технику называют "испарительным охлаждением" - 'evaporative cooling'), пока не остается некоторое количество окончательно замерзших, "обездвиженных". По окончанию этого этапа эксперимента частично уплотнившееся газовое облако содержало около полмиллиона атомов и имело температуру приблизительно 30 нанокельвинов (3x10-8K). Потом позволили газу расшириться. Как известно, температура в газе - это показатель средней скорости движения атомов. Когда газ расширяется, атомы распространяются по всему предоставленному им объему и замедляются (процесс называется "адиабатическая декомпрессия" - 'adiabatic decompression'). Прямое следствие этого процесса - понижение температуры. В последнем эксперименте атомы имели среднюю скорость всего лишь 1 мм/с, а температура упала до 450 пикокельвинов (4,5x10-10K). Это в шесть раз ниже, чем предыдущий температурный рекорд, установленный для тех же бозе-конденсатов.

"Ни один естественный объект в известной нам части Вселенной не имеет столь низкой температуры", - говорит Аарон Линхардт (Aaron Leanhardt), который принимал участие в нынешних исследованиях по получению ультрахолода. Даже глубокий космос горячее в шесть миллиардов раз (температура вдали от звезд - около 3 К). В естественных условиях рекорд принадлежит туманности Бумеранг (за счет быстрого истечения газа охладившейся до -272°C, то есть порядка 1 K).

Такие ультрахолодные атомы могли бы привести к совершенствованию интерферометров и к созданию более точных хронометров. Ведь принцип работы атомных часов основан на измерении времени с помощью частоты ядерных переходов в атомах. Когда атомы "горячи", их движение заставляет частоту "плавать", тогда как холодные атомы все укладываются в одно и то же квантовое состояние. Кроме того, исследователи собираются заняться изучением взаимодействия таких ультрахолодных атомов с поверхностями комнатной температуры. Теория предсказывает, что в этом случае должно наблюдаться так называемое квантовое отражение. А помимо получения сугубо научных результатов, физики претендуют теперь на упоминание в Книге Гиннесса.

Источники:
Bose-Einstein condensates break temperature record - PhysicsWeb
Coolest thing in the Universe revealed - New Scientist

Ссылки:
Сверхмедленный свет в ультрахолодном веществе - "Природа"
Конденсат Бозе - Эйнштейна получен. Зачем он нужен?

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 16.09.2003


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама



Выбор читателей