Yeni bir teknik, soğuk moleküllerin mutlak sıfırın üzerinde bir derece kadar küçük bir fraksiyona nasıl ulaşabileceğinin sınırlarını zorluyor.
Araştırmacılar, bir kalsiyum monoflorür molekülünü tuzaklamak için lazerler ve manyetik alanların bir kombinasyonunu kullanmışlar ve bunu 50 mikrokelvin veya mutlak sıfırın üzerinde bir derece 50 milyonuncu ya da eksi 459.67 derece Fahrenhayt (eksi 273.15 santigrat derece) olacak şekilde soğutmuşlardır.
Diğer laboratuvarlar molekülleri daha soğuk hale getirdi, dedi. Araştırmacı, Imperial College London'daki bir fizikçi olan araştırmacı Michael Tarbutt. Bununla birlikte, yeni teknik, tamamen lazerle çalışan soğutmadan daha geniş bir madde yelpazesi ile çalışır. Örneğin, çoğu laboratuarın sodyum ve potasyum gibi elementlerden egzotik moleküller inşa etmesi gerekmektedir.
Tarbutt, WordsSideKick.com'a bir e-postada “Bu moleküller ultracold moleküllerinin birçok uygulaması için gerekli tüm özelliklere sahip değiller” dedi.
Bu uygulamalardan bazıları, süper iletkenlik ve kuantum mekaniği olarak bilinen küçük atom altı parçacıkların tuhaf kuralları tarafından yönetilen tüm atom sistemlerini incelemeyi içerir. Süperiletkenliğin nasıl çalıştığı hakkında daha fazla şey bilmek, bilim insanlarının hangi malzemelerin bunu yapabileceğini anlamalarına yardımcı olabilir ve nihayetinde daha yüksek sıcaklıklarda çalışanları nasıl üretebilir (Genellikle süper iletken malzemelerin soğuk tutulması gerekir). [Fizikte 18 En Büyük Çözümsüz Gizem]
Sıcaklık, herhangi bir madde içindeki moleküllerin ortalama olarak ne kadar hızlı hareket ettiğinin sadece bir ölçüsüdür, dolayısıyla bu ultra-yüksek sıcaklıkları elde etmek için, numunedeki molekül (bu durumda kalsiyum monoflorür) yavaşlar.
Lazer ışınlarının geldiği yer burasıdır. Soğutma, molekülden karşı taraflardan ateş eden bir dizi lazer içerir. İlk lazer soldan vurur ve molekül tek bir fotonu emer. Bu foton, molekülün momentumunu azaltır, tıpkı bir bilyeli topun ters yönde başka bir topla çarpışması gibi. Kalsiyum monoflorür molekülü, ilk lazer çekiminden sonra tüm momentumunu kaybetmez. Sağ taraftaki ikinci lazer yönüne doğru hareket eder. Yaklaştıkça, bu lazerin ışığı, Doppler kayması olarak bilinen bir fenomen olan molekülün perspektifinden daha kısa bir dalga boyuna sahip gibi görünmektedir. Molekül, ikinci lazerden başka bir fotonu emer ve yine yavaşlar. Doppler soğutma olarak bilinen lazerle çalışan masa tenisi oyununda, molekül yavaşlar ve daha soğuk olur.
Lazerler ayrıca, her soğurmadan sonra foton yayabilecek kadar molekülü de harekete geçirir. Ancak bu fotonlar rastgele yollarla gönderilir, böylece birçok lazer çekiminden sonra kalsiyum monoflorürün genel momentumu değişmez. Bu foton emisyonu, molekülün momentumuna daha düşük bir sınır koyar, çünkü her bir emisyon, küçük bir "tekme" sağlar - ve bu, molekülün hala biraz "sıcak" olduğu anlamına gelir. Düşük sıcaklık limiti Doppler limiti olarak bilinir.
Bu sınırın ötesine geçmek için, Tarbutt'un ekibi, molekülü tekrar yerleştirmek için molekülü yerinde tutmak için bir manyetik alan kullandı. Kişi, tepenin potansiyel enerji olduğu bir "tepenin" altındaki molekülü hayal ediyorsa, lazerler onu tepeye itiyor. Sıradan bir dünyada, bir tepeye bir top atmak potansiyel enerjisini arttırır, ancak kinetik enerjisini azaltır, çünkü tepeye yaklaştıkça yavaşlar. Aynı şey kalsiyum monoflorür molekülü ile de meydana gelir. (Bu, Yunan efsanesinde adı geçen ve sadece geri çekilmek için bir tepeye doğru bir kayanın yuvarlanmasıyla cezalandırılan adam için adlandırılan Sisyphus soğuması olarak adlandırılır). Molekülün kinetik enerjisini azaltmak, sıcaklığını 50 mikrokelyana düşürdü.
Çalışmanın içinde yer almayan Colorado Mines Okulu'nda fizik profesörü olan Lincoln Carr, sıcaklık kaydının ötesinde, çalışmanın başka bir benzersiz yönü de doğal olarak bulunan maddeleri kullanıyordu.
“İnsanlar önce her zaman potasyum-rubidyum gibi garip bir şey üzerinde çalışıyorlardı” dedi. Potasyum-rubidyum ve diğer moleküller doğal olarak oluşmazken, kalsiyum ve florür atomları, molekülleri doğada yapacak ve böylece birleşmek için özel teknikler gerektirmeyecektir. Carr bir çok araştırma caddesi açıyor, dedi.
“Çalışabileceğin her türlü doğal moleküller var” dedi.
Çalışma, Doğa Fiziği 28 Ağustos sayısında ortaya çıktı.
Aslen Canlı Bilim'de yayınlandı.