Фізики продемонстрували симпатичне охолодження одиночного протона за допомогою лазерно-охолоджених іонів берилію, віддалених від нього на відстань дев'яти сантиметрів. Для цього вони зв'язали пастку, в якій знаходився протон, і іонну пастку за допомогою надпровідного коливального контуру. Таким чином вони змогли охолодити протон на 85 відсотків щодо температури оточення. Дослідження опубліковано в.
Охолодження атомних і молекулярних систем відіграє найважливішу роль у сучасній фізиці. Чим менше буде температура об'єктів, тим точніше можна вимірювати їх властивості, а також тим стабільнішими будуть екзотичні стани, які можуть існувати тільки в ультрахолодних умовах.
Серед безлічі методів охолодження одним з найбільш зручних і ефективних виявилося лазерне охолодження. Однак, воно застосовне не до всіх об'єктів. Зокрема, з його допомогою неможливо охолодити частинки без електронної структури, наприклад, (анти) протони або голі атомні ядра. У такому випадку іноді застосовують техніку симпатичного охолодження, яка полягає в підмішуванні лазерно-охолоджуваних частинок до частинок, з якими цей метод не працює, всередині оптичних або магнітних пасток. Але навіть у цьому випадку залишається проблема того, що занадто різним частинкам потрібні різні пастки.
Група фізиків з Німеччини та Японії спільно з колаборацією BASE з ЦЕРНу вирішила цю проблему, пов'язавши лазерно-охолоджувані іони берилію з одиночним протоном за допомогою уявних струмів в LC-контурі. Ідея методу, висловлена ще 30 років тому, полягає в тому, що будь-який електричний заряд, розташований поблизу провідного середовища, індукує в ній заряди протилежного знака зі складним поверхневим розподілом. Однак при розгляді такого завдання їх можна замінити уявним зарядом, розташованим дзеркально реальному заряду. Змішуючи уявні струми в контурі, фізики змогли організувати охолодження протона на відстані дев'яти сантиметрів від іонів берилію.
Для того щоб реалізувати цю схему, фізики поміщали 15 іонів Be + і один протон у свої власні пастки Пеннінга. Вздовж обох пасток вони мали надпровідний коливальний контур з високою добротністю (Q ауд 15000). Зважаючи на напругу на контурі, вони будували спектр шуму. Температура частинок у кожній з пасток відповідала частоті коливань їхньої осьової моди, яка проявлялася через провали в шумовому спектрі.
Автори переконалися в наявності зв'язку між частинками, збуджуючи іони берилію і відстежуючи характеристики провалів. Вони досліджували процес передачі енергії для різних режимів, і, зокрема, виявили, що, якщо обидві пастки налаштовані на резонанс в контурі, то термодинамічна рівновага настає в межах декількох секунд. Поза резонансом же цей процес займає хвилини.
Фізики докладно вивчили вплив різних параметрів системи на ефективність охолодження протона. Вони з'ясували, що мінімальна температура протону досягається не за рахунок мінімальної температури іонів, а за рахунок їх максимального зв'язку з контуром. Зокрема, вони змогли досягти температури, рівної 2,6 2,5 кельвін, що виявилося нижче температури навколишнього середовища на 14,4 0,7 кельвін.
У висновку автори зазначають, що виконаний ними експеримент можна повторити для антипротонів, що допоможе точніше визначити їх ставлення заряду до маси і g-фактор, а також для багатозарядних і молекулярних іонів.
Фізики регулярно намагаються охолоджувати матерію або антиматерію до все більш низьких температур. Ми вже писали, як вони охолодили антиводень за допомогою лазера і виміряли відношення мас протона і електрона в холодному молекулярному водні.