КЕМБРИДЖ, Массачусетс. Ученые Массачусетского технологического института охладили газообразный натрий до самой низкой из когда-либо зарегистрированных температур - всего полмиллиардной доли градуса выше абсолютного нуля. Работа, о которой будет сообщено в выпуске журнала Science от 12 сентября, превосходит предыдущий рекорд в шесть раз и является первым случаем, когда газ был охлажден ниже 1 нанокельвина (одна миллиардная градуса).
«Опуститься ниже одного нанокельвина - это все равно что пробежать милю менее чем за четыре минуты в первый раз», - сказал лауреат Нобелевской премии Вольфганг Кеттерле, один из руководителей команды. Кеттерле - профессор физики Джона Д. Макартура Массачусетского технологического института.
«Сверхнизкотемпературные газы могут привести к значительным улучшениям в точных измерениях, позволив улучшить атомные часы и датчики гравитации и вращения», - сказал Дэвид Э. Причард, пионер в области атомной оптики и атомной интерферометрии и один из руководителей. группы MIT. Он профессор физики имени Сесила и Иды Б. Грин.
Исследователи также ожидают появления новых явлений при таких низких температурах, включая, например, то, как холодные атомы взаимодействуют с поверхностями и как атомы движутся, когда они ограничены узким каналом или слоем. Эти газы образуют замечательное состояние материи, называемое квантовой жидкостью, поэтому изучение их свойств также позволяет по-новому взглянуть на основы физики материи.
При абсолютном нуле (-273 градуса по Цельсию или -460 градусов по Фаренгейту) все атомные движения останавливаются, так как процесс охлаждения извлекает всю энергию частиц. Совершенствуя методы охлаждения, ученым удавалось все ближе и ближе приближаться к абсолютному нулю. При комнатной температуре атомы движутся со скоростью реактивного самолета. При новой рекордно низкой температуре атомы движутся в миллион раз медленнее - им требуется полминуты, чтобы переместиться на один дюйм.
В 1995 году группа из Университета Колорадо в Боулдере и группа Массачусетского технологического института под руководством Кеттерле охладили атомарные газы до температуры ниже одного микрокельвина (одна миллионная градуса выше абсолютного нуля). При этом они открыли новую форму материи, конденсат Бозе-Эйнштейна, где частицы движутся синхронно, а не порхают независимо друг от друга. Открытие конденсата Бозе-Эйнштейна было отмечено Нобелевской премией по физике 2001 года, которую Кеттерле разделил со своими коллегами из Боулдера Эриком Корнеллом и Карлом Виманом..
После этого прорыва многие группы по всему миру теперь регулярно достигают температуры в нанокельвины; самая низкая температура, о которой сообщалось ранее, составляла 3 нанокельвина. Новый рекорд, установленный группой MIT, составляет 500 пикокельвинов, или в шесть раз меньше.
При таких низких температурах атомы не могут храниться в физических контейнерах, потому что они будут прилипать к стенкам. Кроме того, ни один известный контейнер не может быть охлажден до таких температур. Поэтому атомы окружены магнитами, удерживающими газовое облако. «В обычном контейнере частицы отскакивают от стенок. В нашем контейнере атомы отталкиваются магнитными полями», - объяснил аспирант-физик Аарон Леанхардт.
Для достижения рекордно низких температур исследователи Массачусетского технологического института изобрели новый способ удержания атомов, который они назвали «гравито-магнитной ловушкой». Как следует из названия, магнитные поля действуют вместе с гравитационными силами, удерживая атомы в ловушке.
Все исследователи связаны с Физическим факультетом Массачусетского технологического института, Исследовательской лабораторией электроники и Гарвардским центром ультрахолодных атомов Массачусетского технологического института (финансируется Национальным научным фондом).
«Приятно иметь рекорд низких температур в Массачусетском технологическом институте, где у нас есть один из мировых центров сверхнизкотемпературных исследований», - сказал Дэн Клеппнер, директор Центра ультрахолодных атомов и профессор физики Массачусетского технологического института Лестер Вулф. Заслуженный.
Кеттерле, Линхардт и Притчард написали статью в соавторстве с аспирантами Томом Пасквини и Йонг-Иль Шином, приглашенным студентом Андре Широтцеком и научными сотрудниками Мишель Саба и Дэвидом Кильпински. Исследование финансировалось Национальным научным фондом, Управлением военно-морских исследований, Управлением армейских исследований и НАСА.