Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Сжатый свет впервые позволил охладить объект ниже квантового предела.

18.01.2017 в 22:53

Минимально возможную температуру во вселенной не зря называют абсолютным нулём. При - 273, 15 градусах по цельсию любое движение атомов прекращается, и они замирают на своих местах в кристаллической решётке. Но долгое время считалось, что на практике достигнуть самой низкой температуры невозможно из-за так называемого квантового предела

Сжатый свет впервые позволил охладить объект ниже квантового предела.. Дело в том, что в определённый момент инструменты для измерения сверхнизкой температуры начинают нагревать исследуемый объект и регистрация новых рекордов становится невозможной.

Команда физиков из национального института стандартов и технологий США, работающая под руководством Джона туфела (John Teufel) охлаждала крошечную алюминиевую мембрану диаметром 20 микрометров и толщиной 100 нанометров.

Главный секрет заключался в особой конструкции рамки из сверхпроводника, на который металлическая плёнка была натянута, как кожа на барабан. В итоге учёные измеряли не температуру алюминия, а микроволновые колебания, которые мембрана передавала на рамку.

Обычно для значительного снижения температуры твёрдых тел используют метод лазерного охлаждения, который заключается в торможении тепловых колебаний атомов с помощью организованных фотонов лазерного луча. Но команда туфела не стала ограничиваться стандартными методиками и впервые охлаждала мембрану с помощью так называемого сжатого света.

Сначала учёные действовали классическими методами: воздействовали на сверхпроводящую рамку микроволнами с частотой ниже, чем у резонансных колебаний в полости под плёнкой. Таким образом в сверхпроводнике был создан электрический заряд, который заставил барабан "Звучать". В результате этих "Ударов" мембрана генерировала фотоны, которые уносили энергию её атомов в полость, тем самым охлаждая мембрану всё больше.

На втором этапе для понижения температуры ниже квантового предела команда использовала "Сжатые" микроволны с минимальной однонаправленной амплитудой, у которых практически отсутствует шум и случайные колебания, которые могут нагреть плёнку.

В результате колебания мембраны, которые в начале эксперимента составляли около 10 миллионов "Ударов" в секунду, постепенно снизились до значений близких к нулю.

На последнем этапе исследователи определили температуру мембраны, измеряя колебания рамки, и таким образом предотвратили нагревание металлического листа. В результате было зафиксировано рекордное значение менее одной пятой кванта. Ранее считалось, что один квант колебательных движений атома, представленный квазичастицей фононом, является минимально возможным движением и охладить что-либо ниже этого значения невозможно.

Однако в данном случае было получено значение порядка 360 микрокельвинов, то есть мембрана была в 10 тысяч раз холоднее вакуума космоса. Источник: Vesti. ru.