Nová superlednička dokáže zmrazit molekuly. Zchladit je se vědcům dlouho nedařilo
Zatímco vědci už mají superzchlazené atomy, u molekul, které jsou složitější ve svém chování a struktuře, se ukázalo, že to není tak jednoduché.
Zmrzlá molekula
Fyzici ale nyní našli způsob, jak ochladit molekuly lithia sodíku na 200 miliardtin Kelvina, tedy jen nepatrný kousíček nad absolutní nulu. Učinili tak použitím techniky zvané kolizní chlazení, při které ponořili molekuly studeného lithia sodíku do oblaku ještě chladnějších atomů sodíku. Ultrazvukové atomy fungovaly jako chladivo.
Kolizní chlazení je standardní technika používaná k ochlazení atomů pomocí jiných, chladnějších atomů. A po více než deset let se vědci pokusili podchladit řadu různých molekul pomocí kolizního chlazení, jen aby zjistili, že když se molekuly srážely s atomy, vyměňovaly energii takovým způsobem, že se molekuly během procesu zase zahřívaly nebo byly zničeny.
Tým nakonec použil přesnou kontrolu magnetických polí a složitý systém laserů pro přesné rotace molekul. Výsledkem bylo, že směs atom-molekula měla vysoký poměr kolizí mezi dobrými a špatnými a byla ochlazena z 2 mikrokelvinů na 220 nanokelvinů.
Dosažení ultranízkých teplot
Vědci doladili systém více než 20 laserových paprsků a různých magnetických polí tak, aby zachytili a ochladili atomy sodíku a lithia ve vakuové komoře až na asi 2 mikrokelviny, to je teplota optimální pro atomy, aby se spojily dohromady jako molekuly lithia sodíku.
Jakmile vědci dokázali vyrobit dostatek molekul, využili laserové paprsky o specifických frekvencích a polarizacích, aby kontrolovali kvantový stav molekul a pečlivě vyladili mikrovlnná pole tak, aby atomy rotovaly stejným způsobem jako molekuly. A pak dál snižovali teplotu.
Tím se vědcům podařilo molekouly zpomalit na jednu vteřinu, která je ale v jejich světě strašně dlouhá. To jim stačí k tomu, aby téměř zmrazené molekuly využili pro kvantové výpočty a zkoumání nových materiálů, které lze provést v malých zlomcích sekundy.
Pokud tým dokáže získat molekuly lithia sodíku tak, aby byly asi pětkrát chladnější, než bylo dosud možné, dosáhnou takzvaného kvantového degenerovaného režimu, kdy se jednotlivé molekuly stanou nerozeznatelné a jejich společné chování je řízeno kvantovou mechanikou. Vědci tak před sebou mají ještě dlouhé měsíce práce. Dále čtěte: Umělá inteligence převede myšlenky na text.
