Странная форма материи появляется, когда исследователи охлаждают газообразные облака определенных атомов почти до абсолютного нуля. Все ультрахолодные атомы попадают в одно и то же квантовое состояние, становясь своего рода суператомом, называемым конденсатом Бозе-Эйнштейна.
С тех пор как почти 5 лет назад были созданы первые такие сверхатомы (SN: 15.07.95, стр. 36), физики задавались вопросом, могут ли они также создавать конденсаты молекул. Ученые предсказывают, что молекулярные конденсаты предложат новые способы изучения химических реакций и молекулярных свойств.
Группа исследователей из Техаса продемонстрировала важный шаг на пути к молекулярным конденсатам: некоторые атомы в конденсате сцепляются, образуя молекулы. Команда под руководством Дэниела Дж. Хайнцена из Техасского университета в Остине использовала лазерные лучи для объединения атомов рубидия-87 в пары.
«Это еще одна важная веха в области исследований холодных молекул», - говорит Джон М. Дойл из Гарвардского университета, который почти 2 года назад произвел первые пойманные холодные молекулы (SN: 5/ 30/98, стр. 342). Эти молекулы не были связаны с конденсатом.
Помимо создания двухатомных молекул рубидия, исследователи также с необычайной точностью измерили энергию, удерживающую молекулы вместе. В журнале Science от 11 февраля группа из Техаса сообщает о 10 000-кратном улучшении по сравнению с предыдущими аналогичными измерениями молекул, состоящих из холодных атомов, а не из конденсата Бозе-Эйнштейна.
Начав с атомарного конденсата с температурой около 100 нанокельвинов, физики из Техаса создали «самые холодные молекулы, возможно, самые холодные молекулы во Вселенной», - говорит Пол С. Жюльенн из Национального института стандартов и технологий. (NIST) в Гейтерсбурге, штат Мэриленд
Эта исключительная холодность сделала возможными измерения с высокой точностью. Обычно молекулярные движения слегка размывают измеряемые свойства. Эти низкотемпературные чемпионы не вращаются и не мчатся, но все же вибрируют. Лишь слабо связанные друг с другом, атомы совершают далекие колебания, подобно взбалтываемым гирям, соединенным растянутой пружиной.
Исследователям удалось преобразовать в молекулы только 1 процент от 140 000 до 300 000 атомов конденсата. Более того, из-за их слабых связей и столкновений с атомами конденсата молекулы снова распадаются на атомы через 100-450 микросекунд, как обнаружили экспериментаторы.
Такие трудности предполагают, что, несмотря на успехи нового эксперимента, создание преимущественно молекулярного конденсата может оказаться несбыточной мечтой, соглашаются Жюльенн и исследователи из Техаса. Жюльенн и Карл Дж. Уильямс из NIST написали в соавторстве комментарий к новым открытиям в том же номере журнала Science.
Лучшее понимание взаимодействий между атомами и молекулами конденсата может проложить путь к увеличению молекулярных популяций в конденсатах, говорит член команды из Техаса Роан Винар. С этой целью группа начала измерять свойства столкновений атомов и молекул в конденсатах. Исследователи также планируют настроить свой аппарат так, чтобы молекулы находились в менее возбужденном и более стабильном состоянии.
«Еще много работы предстоит сделать», - говорит Винар.