Физики сделали еще один шаг к абсолютному нулю

Ученым из Массачусетского технологического института в США под руководством нобелевского лауреата Вольфганга Кеттерле (Wolfgang Ketterle) удалось охладить атомы натрия до температуры 500 пК (10-12K). Это рекордно низкая температура - предыдущ Исследователи из Массачусетса охлаждали так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна. Это состояние возникает в том случае, когда атомы в газовой фазе охлаждают до тех пор, пока волна де Бройля не становится сравнимой с расстоянием между атомами. В этом случае квантовое состояние всех атомов становится одинаковым, и газовый конденсат приобретает свойства отдельного атома. Теоретически предсказанный еще в начале прошлого века, конденсат Бозе-Эйнштейна был получен впервые лишь в 1995 г. для атомов рубидия. Затем были получены аналогичные состояния еще для восьми других элементов, в том числе и для натрия. Были разработаны методики охлаждения, которые позволяли снизить температуру до нескольких нанокельвинов. Однако ниже 3 нК долгое время температуру снизить не удавалось.

Как же удалось снизить температуру в несколько раз? Несколько миллионов атомов натрия были захвачены своеобразным "оптическим пинцетом". Фокусированный лазерный луч создает наведенный электрический диполь в атомах, благодаря которому они притягиваются интенсивным магнитным полем в фокусе лазерного излучения. Затем мощность лазерного излучения понижалась для того, чтобы наиболее "горячие" атомы смогли покинуть область удерживания. Эта методика получила название "испарительного охлаждения". Затем ученые из MIT переносили атомы в гравимагнитную ловушку, которая удерживала оставшиеся атомы. В эту ловушку попало всего около полумиллиона атомов, а их температура составила 30 нК. Затем ловушка была ослаблена в ходе так называемой адиабатической декомпрессии. Температура конденсата, содержащего теперь уже около 200 тыс. атомов, упала до 3 нК. После этого снова был применен метод "испарительного охлаждения", при котором число атомов сократилось до 30 тыс., а температура упала ниже 1 нК (вплоть до самого низкого значения в 450 пК).

Исследователи утверждают, что подобным методом можно снизить температуру и далее, однако это будет еще более трудной задачей. Ультрахолодные атомы нужны физикам для проведения исследований в области метрологии, спектроскопии, атомной оптике. Ученые надеются с их помощью наблюдать предсказанные ранее теоретически квантовые эффекты.

Источник: по материалам журналов Science и New Scientist.