[ad_1]
Fizycy z Uniwersytetu Columbia, kierowani przez Sebastiana Willa, stworzyli unikalny stan materii znany jako kondensat Bosego-Einsteina (BEC) z cząsteczek sodu i cezu. Cząsteczki zostały schłodzone do zaledwie pięciu nanoKelwinów, czyli około -459,66 °F, i pozostały stabilne przez dwie sekundy. Zespół wykorzystał mikrofale do schłodzenia cząsteczek, metodę zaproponowaną przez współpracownika Tijsa Karmana z Radboud University w Holandii. Stworzenie tego molekularnego BEC otwiera nowe obszary badań w fizyce kwantowej, w tym badanie nadciekłości i symulację złożonych materiałów, takich jak stałe kryształy.
Kwantowy skok w fizyce ultrazimna
W przełomowym eksperymencie fizycy z Uniwersytetu Columbia z powodzeniem stworzyli kondensat Bosego-Einsteina (BEC) z cząsteczek sodu i cezu. Ten wyjątkowy kwantowy stan materii, schłodzony do zadziwiającej wartości pięciu nanokelwinów, czyli około -459,66 °F, i stabilny przez imponujące dwie sekundy, jest znaczącym osiągnięciem w dziedzinie fizyki ultrazimnej. Stworzenie tego molekularnego BEC otwiera nowe możliwości badawcze, od badania różnych zjawisk kwantowych po symulację właściwości kwantowych bardziej złożonych materiałów.
Nauka o BEC sięga początków XX wieku, kiedy to fizycy Satyendra Nath Bose i Albert Einstein przewidzieli, że grupa cząstek schłodzonych do prawie całkowitego zatrzymania połączy się w jedną, większą superjedność rządzoną prawami mechaniki kwantowej. Pierwsze atomowe BEC zostały stworzone w 1995 roku, a wyczyn ten został doceniony Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 2001 roku. Jednak stworzenie BEC z cząsteczek, które są bardziej złożone niż atomy, okazało się trudniejszym zadaniem.
Droga do molekularnych BEC-ów
Droga do stworzenia molekularnych BEC była długa. Pierwszy przełom nastąpił w 2008 roku, gdy fizycy z JILA w Boulder w Kolorado schłodzili gaz cząsteczek potasu i rubidu do około 350 nanoKelwinów. Jednak aby przekroczyć próg BEC, potrzebne były jeszcze niższe temperatury. W 2023 r. zespół Columbia stworzył pierwszy ultrazimny gaz cząsteczek sodu i cezu przy użyciu kombinacji chłodzenia laserowego i manipulacji magnetycznych. Aby osiągnąć jeszcze niższe temperatury, zwrócono się w stronę mikrofal.
Rola mikrofal w chłodzeniu
Mikrofale, forma promieniowania elektromagnetycznego, mają długą historię w Columbia. W latach trzydziestych XX wieku fizyk Isidor Isaac Rabi wykonał pionierskie prace nad mikrofalami, które doprowadziły do opracowania systemów radarowych w powietrzu. Chociaż mikrofale są powszechnie kojarzone z podgrzewaniem żywności, mogą również ułatwiać chłodzenie. Mikrofale mogą tworzyć małe osłony wokół każdej cząsteczki, które zapobiegają ich zderzeniu, pomysł zaproponowany przez Tijsa Karmana, współpracownika z Radboud University w Holandii. Dzięki temu, że cząsteczki są chronione przed stratnymi zderzeniami, tylko te najgorętsze mogą być preferencyjnie usuwane z próbki, zmniejszając w ten sposób ogólną temperaturę.
Przekroczenie progu BEC
Zespół Columbia był bliski stworzenia molekularnego BEC w 2023 roku przy użyciu metody ekranowania mikrofalowego. Jednak dopiero dodanie drugiego pola mikrofalowego sprawiło, że chłodzenie stało się jeszcze bardziej wydajne i pozwoliło sodowo-cesowemu w końcu przekroczyć próg BEC. Osiągnięcie to było znaczącym kamieniem milowym dla zespołu Columbia, który pracował nad tym celem od momentu jego utworzenia w 2018 roku. Drugie pole mikrofalowe nie tylko zmniejszyło kolizje, ale także manipulowało orientacją cząsteczek, zapewniając sposób kontrolowania ich interakcji.
Otwarcie nowych granic w fizyce kwantowej
Stworzenie molekularnego BEC otwiera nowy świat możliwości w fizyce kwantowej. Zespół z Columbii jest podekscytowany teoretycznym opisem oddziaływań między cząsteczkami, który został potwierdzony eksperymentalnie. Istnieją dziesiątki teoretycznych przewidywań, które można teraz przetestować eksperymentalnie za pomocą molekularnych BEC. Jednym z pomysłów jest stworzenie sztucznych kryształów z BEC uwięzionymi w sieci optycznej wykonanej z laserów. Umożliwiłoby to potężne symulacje kwantowe, które naśladowałyby interakcje w naturalnych kryształach. Molekularne BEC mogłyby również pomóc w badaniu zjawisk kwantowych, w tym nadprzewodnictwa, nadciekłości i innych.
[ad_2]