Група фізиків зі США охолодила молекули натрій-літій до температури 220 нанокельвін за рахунок зіткнень з ультрахолодними атомами натрію. Роботу опубліковано в журналі.
Іспанське охолодження використовується як для зниження температури нашого тіла, коли ми пітніємо, так і для охолодження приміщень і приладів. Природа цього феномену полягає в тому, що гарячі частинки охолоджуваної системи стикаються з частинками охолоджувача, передаючи їм свій імпульс, а останні, в свою чергу, залишають систему.
В атомній фізиці іспанське охолодження застосовується для зниження енергії коливань ансамблю атомів. Технологія використовує електромагнітне поле для вловлювання атомів в оптичну пастку. З плином часу атоми стикаються один з одним і деякі з них стають рухливішими, ніж інші. Такі високоенергетичні атоми залишають пастку, знижуючи тим самим енергію всієї системи і знижуючи температуру решти атомів.
Охолоджені квантові системи можуть бути використані як симулятор різних систем фізики конденсованого стану або ядерної фізики. Однак у окремих атомів занадто мало ступенів свободи, що обмежує можливості симулятора. За останні 15 років був зроблений серйозний прогрес в охолодженні більш складних об'єктів, таких як молекули, але, на жаль, досягнуті температури обмежувалися досі десятками мілікельвінів.
Фізики з Массачусетського технологічного інституту і Гарвардського університету під керівництвом професора Алана Джемісона (Alan Jamison) вперше зуміли охолодити ансамбль молекул за рахунок споконвічного охолодження до температури 220 нанокельвін. Для цього вчені помістили 30 тисяч молекул NaLi і 100 тисяч атомів натрію в оптичну пастку, в якій частинки утримувалися електромагнітним полем.
Через деякий час молекули і атом починали термалізуватися за рахунок зіткнень один з одним. Після першого природного етапу зіткнення частина атомів натрію покинула пастку, знизивши температуру молекул до 2.2 мікрокельвіна.
Потім фізики повторно стикали молекули і атоми, що призводило до додаткового охолодження молекул. Навмисні зіткнення проводилися за рахунок модуляції поля в пастці: утримує потенціал для молекул глибше, ніж для атомів, що дозволяє ефективно виробляти іспанське охолодження молекул. За два цикли температура молекул досягла рекордної позначки в 220 нанокельвін.
Вчені стверджують, що колізійні властивості суміші атомів натрію і молекул натрій-літій мають великі перспективи для охолодження та інших систем з легких молекул. Нещодавно ми писали про те, як фізикам вдалося охолодити частинку, що складається з 100 мільйонів атомів, за допомогою оптичного пінцету, а в 2018 році вчені вперше отримали охолоджений конденсат фотонів.