Moleculele se confruntă cu frigul mare

Moleculele se relaxează serios. Oamenii de știință raportează prima răcire a moleculelor sub o piatră de hotar de netrecut anterior. Rezultatul, în care oamenii de știință au răcit moleculele până la zeci de milionimi de grad, este un pas către atingerea temperaturilor ultrareci deja realizabile cu atomii, raportează cercetătorii pe 28 august în Fizica naturii.

Oamenii de știință răcesc în mod regulat atomii la mai puțin de o milioneme de grad peste zero absolut (‒273,15° Celsius), atingând chiar și temperaturi de până la 50 de trilioane de grad (SN: 16.5.15, str. 4). Dar moleculele sunt mai greu de răcit, deoarece se pot roti și vibra într-o varietate de moduri, iar acea mișcare este o formă de căldură.

Anterior, fizicienii au făcut molecule ultrareci convingând atomii prerăciți să se lege (SN: 20.12.08, str. 22), dar tehnica funcționează doar pentru câteva tipuri de molecule. Înghețarea moleculelor deja asamblate a permis oamenilor de știință să răcească tipuri suplimentare, dar, până acum, până la doar câteva sute de milioane de grade.

Folosind lasere și câmpuri magnetice, oamenii de știință au înghesuit și au răcit molecule în interiorul unui dispozitiv numit capcană magneto-optică. În capcană, moleculele de monofluorură de calciu sunt încetinite – și, prin urmare, răcite – atunci când absorb fotonii de la un laser. Dar doar atât de multă răcire este posibilă cu această metodă. Pentru a depăși ceea ce se numește limita Doppler, cercetătorii au adaptat o metodă folosită pentru răcirea atomilor, cunoscută sub numele de răcire Sisyphus. Două lasere îndreptate unul spre celălalt creează un câmp electromagnetic care acționează ca un deal nesfârșit pe care trebuie să urce molecula, reducându-i astfel energia și căldura. Cu aceste două tehnici, moleculele au ajuns la o frigidă de 50 de milioane de grad peste zero absolut.

Povestea continuă după imagine

RĂCIRE ​​LASER Folosind o configurație complexă de lasere (prezentată), fizicienii au răcit moleculele de monofluorură de calciu la 50 de milionimi de grad peste zero absolut. Meilin Sancho/Colegiul Imperial din Londra

Pe măsură ce arta răcirii cu laser a avansat în ultimele decenii, atomii ultrareci au devenit rapid un subiect de cercetare popular. Acum, prezice coautorul studiului Michael Tarbutt, un fizician la Imperial College London, cercetarea moleculei reci „va exploda exact în același mod în care a făcut-o pentru atomii reci”.

Moleculele reci ar putea fi utile pentru o varietate de scopuri științifice: studierea modului în care apar reacțiile chimice, căutarea indicii de noi particule fundamentale sau simularea unor materiale cuantice complexe în care multe particule interacționează simultan.

„Este un rezultat cu adevărat interesant”, spune fizicianul David DeMille de la Universitatea Yale, care nu a fost implicat în cercetare. „Se pare că este mai greu în aproape toate modurile să aplicați răcirea cu laser și captarea moleculelor, dar există multe, multe motivații pentru a face asta.”