Физики впервые смогли охладить молекулы до сверхнизких температур

Способ охладить литиево-натриевые молекулы до сверхнизких температур нашли физики Массачусетского технологического института, 8 апреля сообщает журнал phys.org.

Применив метод, называемый коллизионным охлаждением, удалось охладить молекулы до температуры 200 миллиардных долей Кельвина — это почти абсолютный ноль.

В процессе эксперимента литиево-натриевые молекулы погружали в облако еще более холодных атомов натрия. Это обычная процедура, с помощью которой охлаждают атомы. Но молекулы ранее таким способом никогда не могли охладить.

«Коллизионное охлаждение является обычным способом для охлаждения атомов», — говорит лауреат Нобелевской премии Вольфганг Кеттерле, профессор физики Джона Д. Артура в Массачусетском технологическом институте, — «Я не был уверен, что наш план сработает, но так как мы не знали наверняка, то должны были попробовать. Теперь мы знаем, что он работает для охлаждения литиево-натриевых молекул. Будет ли он работать для других классов молекул, еще предстоит выяснить».

В течение многих лет ученые искали способы охладить молекулы до ультранизких температур, при которых они практически перестают двигаться.

Коллизионное охлаждение — это стандартная техника для охлаждения атомов с помощью других, более холодных атомов. И вот уже более десяти лет исследователи пытаются переохладить ряд различных молекул с помощью коллизионного охлаждения. Сложность в том, что при столкновении молекул с атомами они обмениваются между собой энергиями таким образом, что молекулы либо нагреваются, либо разрушаются.

В этом эксперименте ученые обнаружили, что если бы литиево-натриевые молекулы и атомы натрия вращались одинаково, они могли бы избежать саморазрушения. И тогда атомы будут забирать энергию молекул в виде тепла. Точное управление магнитными полями и сложная система лазеров для управления спином и вращательным движением молекул позволили добиться успеха. В результате атомно-молекулярная смесь выстроилась так, что была охлаждена с температуры 2 микрокельвина до 220 нанокельвинов.

Поскольку в остановленном состоянии можно точно контролировать квантовое поведение молекул. Это могло бы позволить исследователям использовать молекулы в качестве сложных носителей информации для квантовых вычислений, настраивая отдельные молекулы для выполнения нескольких потоков вычислений одновременно.