Προς το απόλυτο μηδέν με τον «τρόπο του Σισύφου»

Posted on 29/04/2017

0


Τριατομικά μόρια ψύχονται σχεδόν μέχρι το απόλυτο μηδέν για πρώτη φορά

Mία τεχνική ψύξης που μοιάζει με το μαρτύριο του Σισύφου. Τα μόρια SrOH ανεβαίνουν σε έναν λόφο δυναμικού και κατρακυλούν πάλι πίσω. Σαν το Σίσυφο που ήταν καταδικασμένος από τους θεούς να κουβαλάει ένα βράχο στην κορυφή ενός βουνού – η πέτρα όμως δεν σταθεροποιείτο και κυλούσε πάλι προς τα κάτω. Η απώλεια ενέργειας κατά την αναρρίχηση ψύχει τα μόρια σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Ο Doyle και οι συνεργάτες του στο Κέντρο των MIT-Harvard για Υπερ-ψυχρά Άτομα, χρησιμοποιώντας μια τεχνική με λέιζερ κατάφεραν να ψύξουν τριατομικά μόρια μονο-υδροξειδίου του στροντίου (SrOH) στους 0,0007 βαθμούς Κέλβιν (∼750μΚ).

Οι φυσικοί χρησιμοποιούν λέιζερ για να ψύξουν απομονωμένα άτομα από την δεκαετία του 1970, αλλά η μέθοδος αυτή είναι πολύ πιο δύσκολο να εφαρμοστεί σε μόρια. Άλλωστε μια έκφραση που χρησιμοποιούν οι φυσικοί που ασχολούνται με τέτοιου είδους τεχνικές είναι ότι «ένα διατομικό μόριο είναι πάρα πολλά άτομα!» Η τεχνική των λέιζερ βασίζεται στον έλεγχο και στην διέγερση των ατόμων (ή των μορίων) που κατά την αποδιέγερσή τους εκπέμπουν φωτόνια γνωστής ενέργειας. Όσα περισσότερα άτομα περιέχει το μόριο, τόσο πιο περίπλοκες είναι οι δονήσεις και περιστροφές του μορίου κάνοντας δύσκολο τον έλεγχό του.

Στην ψύξη του Σισύφου τα μόρια αναγκάζονται να αναρριχηθούν σε έναν λόφο δυναμικού που δημιουργεί ένα στάσιμο κύμα φωτός λέιζερ, και ξαναπέφτουν όταν αποδιεγερθούν σε μια μαγνητική κατάσταση που δεν αλληλεπιδρά με το λέιζερ. Ένα μικρό μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιείται για να επαναφέρει τα μόρια πίσω στην αρχική τους κατάσταση, για να αναρριχηθούν πάλι στο λόφο δυναμικού και να συνεχίσουν να χάνουν κινητική ενέργεια. Με τον τρόπο αυτό τα μόρια ψύχονται ταχύτατα. Οι Doyle και συνεργάτες του παρατήρησαν ότι τα μόρια ψύχονται από 50 mK έως 750 μΚ σκεδάζοντας μόνο περίπου 200 φωτόνια σε 100 μs – κάτι που αντιστοιχεί σε επιτάχυνση (επιβράδυνση) που είναι σχεδόν 1000 φορές μεγαλύτερη από την επιτάχυνση λόγω βαρύτητας. Ο φυσικοί πιστεύουν ότι η τεχνική αυτή μπορεί να εφαρμοστεί σε μόρια με περίπου 15 άτομα.

Τόσο ψυχρά μόρια θα μπορούσαν να είναι η βάση μοριακών κβαντικών υπολογιστών. Το φως των λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την ψύξη των μορίων, αλλά και για την ακριβή επανάκτηση της κατάστασής τους. Αν οι φυσικοί μπορούν να ελέγξουν ποια μέρη του μορίου δονούνται, τότε μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτή την τεχνική για να αποθηκεύσουν πληροφορίες.

Επίσης, τα μόρια που ψύχονται κοντά στο απόλυτο μηδέν θα αντιδρούν πολύ αργά, και έτσι οι ερευνητές θα μπορούσαν να παρατηρήσουν τις χημικές αντιδράσεις με πολύ μεγαλύτερη λεπτομέρεια σε σχέση με σήμερα.

Πριν από δέκα χρόνια, η ιδέα ότι τα διατομικά μόρια θα μπορούσαν να ψύχονται με λέιζερ ακούγονταν σχεδόν σαν επιστημονική φαντασία. Ωστόσο, το 2014, το φθοριούχο στρόντιο (SrF) ψύχθηκε με λέιζερ και παγιδεύτηκε σε μια μαγνητο-οπτική παγίδα , ενώ στην τωρινή εργασία των Kozyryev et al [Sisyphus Laser Cooling of a Polyatomic Molecule], επετεύχθη ψύξη με λέιζερ ενός τριατομικού μορίου.
Η επιτυχημένη ψύξη με λέιζερ τριατομικών μορίων ανοίγει το δρόμο προς τη μελέτη των υπερψυχρών πολυατομικών μορίων.

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v10/43