Teorik olarak mümkün olan en düşük sıcaklık! En soğuk moleküler ağırlıklı moleküler gazı üretin!
Brocade Park: Bu makale kuantum fiziği içindir
Ortak Deneysel Astrofizik Enstitüsü'ndeki (JILA) araştırmacılar, uzun ömürlü ve rekor sıcaklıkta moleküler bir gaz yarattılar.Bu gaz, sıradan klasik fiziğin katı parçacık özelliklerinden ziyade kuantum mekaniğinin dalga modelini takip ediyor. Bu gazın üretimi, tasarım kimyası ve kuantum hesaplama gibi alanlarda ilerleme olasılığını artırıyor. 22 Şubat'ta Science dergisinin kapağında, araştırma ekibi, sıcaklığı 50 nanometre Ervin (nK) kadar düşük olabilen bir potasyum rubidyum (KRb) moleküler gazı yarattı. Bu, Kelvin'in beşte milyarda biri veya mutlak sıfırın biraz üzerinde, teorik olarak mümkün olan en düşük sıcaklıktır. Bu moleküller mümkün olan en düşük enerji durumundadır ve dejenere Fermi gazını oluşturur.
Boko Park-Science Popularization: Kuantum gazında, tüm moleküllerin özellikleri, tıpkı bir merdivendeki basamaklar veya müzikal ölçekte notalar gibi, belirli değerler veya nicemleme ile sınırlıdır. Gazı en düşük sıcaklığa soğutmak, araştırmacıların moleküllerin kontrolünü en üst düzeye çıkarmasını sağlar. İlgili iki atom farklı kategorilere aittir: potasyum bir fermiyondur (tek atom altı bileşime sahip proton ve nötron), rubidyum bir bozondur (hatta atom altı bileşime sahip bozon). Ortaya çıkan molekül, Fermi özelliklerine sahiptir. Ortak Deneysel Astrofizik Enstitüsü (JILA), Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) ve Colorado Boulder Üniversitesi tarafından ortaklaşa işletilmektedir. Ortak Deneysel Astrofizik Enstitüsü'ndeki (JILA) Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki (NIST) araştırmacılar, uzun yıllardır ultra soğuk molekülleri anlamaya ve kontrol etmeye kararlılar.
- Gila'nın rekor kıran soğuk kuantum gazı potasyum rubidyum molekülüne ilişkin kavramsal görüntüsü. Fotoğraf: Steven Burrows / JILA
Aşırı soğuk moleküller atomlardan daha karmaşıktır çünkü sadece birçok iç enerji seviyesine sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda dönerler ve titreşirler. On yıl önce, Gila ekibi ilk moleküler gazını üretti. NIST / JILA araştırmacısı Ye Jun şunları söyledi: Bu gazı yapmak için temel teknoloji daha önce kullandığımız teknolojiyle aynı, ancak atomların soğutulmasını önemli ölçüde iyileştirmek ve en düşük enerji durumunda daha fazla atom yapmak gibi bazı yeni teknolojilere sahibiz. Bu, daha yüksek bir dönüşüm verimine yol açar, böylece daha fazla molekül elde ederiz. JILA ekibi 250nk'de 100.000 molekül ve 50nk'de 25.000 molekül üretti. Ondan önce, en soğuk iki atomik molekül en fazla onbinlerce üretebilirdi ve sıcaklık birkaç yüz nanokelvin'den az değildi.
Araştırma ekibinin en son kuantum gazı sıcaklık kaydı, kuantum etkilerinin klasik etkilerin yerini almaya başladığı seviyenin çok altındadır (yaklaşık üçte biri) Moleküller birkaç saniye sürebilir ve bu çok uzun ömürlüdür. Bu yeni gaz ilk olarak, bu moleküler madde dalgaları aralarındaki mesafeden daha uzun olacak kadar soğuk ve yoğun hale gelir, bu da birbirleriyle örtüşmelerine ve böylece yeni bir varlık oluşturmalarına neden olur. Bilim adamları buna kuantum dejenereliği diyorlar (kuantum maddesi parçacıklar veya madde dalgaları, yani parçacık konumu olasılığının dalga modeli olarak ifade edilebilir). Kuantum dejenereliği aynı zamanda fermiyon partikülleri arasındaki itme kuvvetinin arttığı ve fermiyon partiküllerinin her halükarda yalnız kaldığı, daha az kimyasal reaksiyona ve daha kararlı gazlara yol açtığı anlamına gelir. Bilim adamları, kolektif kuantum etkilerinin tek tek moleküllerin kimyasal özelliklerini doğrudan etkilediğini ilk kez gözlemlediler.
Bu, çok sayıda kararlı moleküle sahip ilk kuantum dejenere gazdır ve kimyasal reaksiyon inhibe edilmiştir - bu, kimsenin beklemediği bir sonuçtur. Bu deneyde üretilen moleküller, rubidyum atomunda pozitif, potasyum atomunda negatif yüke sahip oldukları için polar moleküller olarak adlandırılır. Etkileşimleri yöne bağlı olarak değişir ve bir elektrik alanı tarafından kontrol edilebilir. Bu nedenle, nötr parçacıklarla karşılaştırıldığında, polar moleküller daha ayarlanabilir, daha güçlü etkileşimler ve ek kontrol "düğmeleri" sağlar. Bu yeni ultra düşük sıcaklıklar, araştırmacıların kuantum ve klasik ortamlardaki kimyasal reaksiyonları karşılaştırmalarına ve elektrik alanlarının kutupsal etkileşimleri nasıl etkilediğini incelemelerine olanak tanıyacak. Nihai pratik faydalar arasında yeni kimyasal süreçler, yüklü molekülleri kübit olarak kullanan yeni kuantum hesaplama yöntemleri ve moleküler saatler gibi yeni hassas ölçüm araçları bulunabilir.
Bu molekülü yapma süreci, çok soğuk potasyum atomları ve lazer ışınlarıyla bağlanan rubidyum atomlarından oluşan bir gaz karışımı ile başlar. Bilim adamları, atomlar arasında hassas bir şekilde ayarlanmış bir manyetik alanı süpürerek, büyük ve zayıf olan her tür atomu içeren moleküller yarattı. Bu tekniğin öncülüğünü Ye'nin meslektaşı merhum Deborah Jin, 2003'te dünyanın ilk Fermi yoğunlaşmasını gösterdiğinde yaptı. Bu nispeten kabarık molekülleri, gazı ısıtmadan sıkıca bağlı moleküllere dönüştürmek için, bilim adamları, bağlanma enerjisini, bağlanma enerjisini dönüştürmek için farklı frekanslarda (her bir lazer, molekülde farklı bir enerji geçişiyle rezonansa girer) iki lazer kullandılar. Isı yerine ışık. Bu moleküller yakın kızılötesi lazer ışığını emer ve kırmızı ışık yayar. Bu süreçte moleküllerin% 90'ı ara enerji durumu aracılığıyla en düşük ve en kararlı enerji seviyesine dönüştürülür.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü
Referans Dergi Literatürü: "Bilim"
DOI: 10.1126 / science.aau7230
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
- Hoşgeldiniz:
Science Circle Alliance Bilim ve teknolojiye, popüler bilime, bilimsel araştırmalara (fizik, astronomi, matematik, yaşam bilimi, yer bilimi, kimya, uzay ve havacılık) odaklanır
