Физики обманули инертность ультрахолодных атомов

«Нам нужно, чтобы молекулы как можно дольше прожили в ловушке, тогда мы сможем провести квантово-физические эксперименты», – говорит в пресс-релизе Национального института стандартов и технологий доктор Цзюнь Е (Jun Ye) (фото Allen Birnbach).

Новый способ инициации химических реакций в облаке ультрахолодных атомов обнаружили специалисты американского института JILA. Приложение даже слабого электрического поля значительно увеличило скорость образования новых молекул.

Ранее эти же учёные открыли, что при температурах, близких к абсолютному нулю, молекулы ведут себя как волны, а не как частицы, а химические реакции происходят при наложении этих волн.

В нынешнем эксперименте реагировали пары ультрахолодных молекул, состоящих из атомов рубидия и калия каждая. Они полярные (рубидиевая половина имеет положительный заряд, а калиевая — отрицательный), и потому реагируют на электрическое поле.

Учёные решили выяснить, как оно влияет на реакции между молекулами. В своей статье в Nature авторы пишут, что даже слабые поля ускорили реакции до 30 раз. Ультрахолодный газ при этом находился в трёхмерной ловушке в форме блина, образованной двумя горизонтальными инфракрасными лазерными лучами. Электрическое поле проходило вертикально через центр ловушки.

Физики выяснили, что скорость реакции зависит от положения и ориентации, угла подхода молекул друг к другу. С увеличением количества реакций газ нагревается: частицы сбегают из центра ловушки, где газ плотнее и холоднее. Чтобы понизить реакционную способность и разогрев молекул (а значит, удлинить время для экспериментов), необходимо усложнить ловушку, например сделать её в виде колонны из «блинов».

Вверху: отсутствие электрического поля не позволяет молекулам сойтись ни при каких условиях – им сложно преодолеть существующий энергетический барьер.
Внизу: молекулы, подходящие друг к другу по принципу «голова к хвосту» и расположенные параллельно линиям электрического поля, прореагируют. Тем же, что перпендикулярны линиям и сходятся боками, сделать это будет ещё сложнее, чем в отсутствие поля (иллюстрация Brian Neyenhuis/JILA).

Управление реакциями позволит учёным создать молекулы, подходящие для практического применения. Например, платформу для квантового исчисления, где ультрахолодные атомы будут хранить и обмениваться данными, или сверхтекучие жидкости (superfluid).

Кстати, нейтральный ультрахолодный газ обманывают не впервые: для него уже создавали заменитель магнитного поля и аналог чёрной дыры. Читайте также о том, как была создана молекула Ридберга.



Впервые сфотографированы спины атомов

27 апреля 2010

Разработаны звуковые пули против рака

23 апреля 2010

Древнеримские слитки помогут уточнить свойства нейтрино

22 апреля 2010

Физик уронил Вселенную в матрёшку из чёрных дыр

22 апреля 2010

Физики продемонстрировали явление отрицательной массы

20 апреля 2010