Китайские ученые получили на станции «Тяньгун» вещество с рекордно низкой температурой
На китайской орбитальной станции «Тяньгун» атомы рубидия охладили до 9,7 пикокельвина — меньше чем на десять триллионных градуса выше абсолютного нуля. Это новый рекорд: при такой температуре квантовые эффекты становятся особенно заметными, а атомы можно использовать для очень точных физических экспериментов. За облаком после охлаждения ученые наблюдали еще семь секунд. Работа опубликована в Science.
Эксперимент провели в установке для физики ультрахолодных атомов на китайской космической станции. Ученые работали с атомами рубидия и получили конденсат Бозе — Эйнштейна — состояние вещества, которое возникает при температурах, почти равных абсолютному нулю. Атомы в нем начинают вести себя как единая квантовая система, а их квантовые свойства становится гораздо легче наблюдать.
Добраться до настолько низкой температуры на Земле мешает гравитация. Она прижимает атомы к удерживающему их электромагнитному полю, из-за чего охлаждать их дальше становится сложнее. На орбите гравитация почти не мешает, поэтому атомы можно удерживать слабее и охладить сильнее.
В китайском эксперименте атомы удерживали не магнитным полем, а лазерным светом. Сначала около двух миллионов атомов рубидия поместили в оптическую ловушку, образованную пересекающимися лазерными лучами. Затем мощность лазеров постепенно уменьшили: самые энергичные атомы покинули ловушку, а оставшиеся охладились до 3 нанокельвинов.
После этого облаку дали расшириться в более широкую оптическую ловушку. В ней взаимодействие между атомами ослабло, а их движение замедлилось до скоростей меньше 200 микрометров в секунду. Итоговая температура составила 9,7 пикокельвина.
После охлаждения атомное облако выпустили из ловушки и еще семь секунд наблюдали, как оно расширяется. Для подобных экспериментов это большой срок: чем дольше атомы движутся свободно, тем точнее можно проследить их поведение и измерить квантовые эффекты.
Оптическая ловушка меньше зависит от магнитных помех и позволяет одновременно работать с атомами в разных внутренних состояниях. Это расширяет возможности установки для квантовых экспериментов.
Следующий шаг — оптические решетки, где атомы удерживаются в множестве отдельных лазерных ловушек. В них ученые смогут точнее управлять взаимодействием частиц и моделировать сложные квантовые процессы, которые трудно изучать в обычных материалах.
Ультрахолодные атомы нужны и для особенно точных измерений. Чем дольше они свободно движутся в невесомости, тем чувствительнее становятся атомные интерферометры. Их можно использовать для измерения гравитации, проверки фундаментальных законов физики и разработки навигационных систем.
Обложка Синьхуа
Самое популярное
