غيوم ثلجية باردة بسبب "إزالة المغناطيسية"

طريقة التبريد إزالة المغناطيسية تطبق لأول مرة على الغازات

إزالة المغناطيسية للغاز كوسيلة تبريد: يتم تبريد غاز "مستدير الدوران" و "دافئ إلى التحرك" (أحمر) على حساب استقطاب الدوران. © جامعة شتوتغارت
قراءة بصوت عال

كيف يمكنني تبريد الغاز بالقرب من الصفر المطلق دون فقد الكثير من الذرات بحيث لا يتبقى سوى القليل من الغاز في النهاية؟ بالضبط هذا هو الحال مع التبريد التبخيري السابق. لكن الفيزيائيين الآن استخدموا لأول مرة الخواص المغناطيسية للغاز للتبريد - بنجاح.

إذا ما برد المرء مسألة قريبة من الصفر المطلق ، فإن طبيعته الكمية تظهر. بعض الذرات ، ما يسمى بالبوزونات ، ثم تدخل في حالة تجميع جديدة ، فهي تشكل مكثفات Bose-Einstein. توفر تجارب مع هذه المكثفات Bose-Einstein نظرة ثاقبة للعالم الكمومي ، وبالتالي فهي كائنات بحثية مثالية للبحث الأساسي. للوصول إلى درجات حرارة شديدة البرودة ، اعتمد الفيزيائيون حتى الآن على التبريد التبخيري الضار: كما هو الحال مع القهوة ، تغادر الذرات الأكثر حرارة السحابة ، مما يجعل الباقي ، على الرغم من البرودة ، ولكنه أقل أيضًا.

في معهد الفيزياء بجامعة شتوتغارت ، تم تنفيذ مخطط تبريد تم اقتراحه بالفعل في الخمسينيات بشكل تجريبي لأول مرة ، حيث لا يوجد فقدان للذرة وبالتالي يعمل بكفاءة أكبر.

درجة الحرارة تساوي الحركة

درجة الحرارة هي مقياس للطاقة الحركية. الساخنة تعني هزة بسعة كبيرة ، واحدة باردة مع أصغر. إذا كان للنظام نوعان مستقلان من الحركة ، فقد تكون درجة الحرارة مختلفة لكلا النوعين. مثال على ذلك هو حركة المغناطيس الصغير في المجال المغناطيسي ، مثل تلك المعروفة بإبر البوصلة. يمكن لكل مغناطيس أن يتحرك من جهة مع مركز ثقله في الفضاء. من ناحية أخرى ، قد يهتز اتجاه المغناطيس بالنسبة لاتجاه المجال المغناطيسي. يمكن أن يكون لكل من درجات الحرية درجة حرارة مختلفة. على سبيل المثال ، يمكن محاذاة جميع المغناطيسات بشكل متوازٍ ، أي أنها يمكن أن تكون باردة جدًا في اتجاهها ومع ذلك تتحرك بسرعة كبيرة وبالتالي تكون ساخنة في مركز حركة الجاذبية.

عندما تصطدم المغناطيس ، تكون درجة حرارة الحركة متوازنة مع درجة حرارة الاتجاه. في المثال ، ستزيد درجة حرارة الاتجاه وتقلل من درجة حرارة الحركة حتى يكون لكل منهما نفس درجة الحرارة. إذا قمت بتهدئة أحد أشكال الطاقة الحرارية ، وهنا يرتجف الاتجاه ، يمكنك استخدامه لتبريد الشكل الآخر من الطاقة أيضًا. عرض

"الضخ البصري" كخدعة

تم تبريد المواد الصلبة وفقًا لهذا المبدأ لأكثر من 70 عامًا.

ومع ذلك ، لا يمكن تطبيق هذه التقنية على الغازات لأن العديد من الذرات ليست مغناطيسية بما فيه الكفاية. هذا العام ، ولأول مرة ، تمكنت المجموعة التي يرأسها البروفيسور تيلمان بفاو في معهد الفيزياء من تطبيق طريقة التبريد لإزالة المغناطيسية على الغازات الذرية. في التجربة ، يمكن تبريد مليون كروموسوم إلى درجة حرارة عشرة ميكروفيلفين (عشرة ملايين من الدرجة فوق الصفر المطلق). كان هذا ممكنًا لأن الفيزيائيين يعملون مع غاز الكروم ، وهو نوع ذري مغناطيسي خاص. في عام 2005 ، نجح علماء شتوتغارت لأول مرة في توليد مكثفات Bose-Einstein لذرات الكروم.

الحيلة الحاسمة مع طريقة التبريد هذه هي أن درجة حرارة المغناطيس الذري يمكن "تبريدها بشكل مصطنع" مرارًا وتكرارًا من خلال "الضخ البصري" باستخدام ضوء الليزر. أدرك رائد "الضخ البصري" - الحائز على جائزة نوبل الفرنسية ألفريد كاستلر - في عام 1950 إمكانية تبريد أنواع الحركة الأخرى. بعد أكثر من 55 عامًا ، تم تنفيذ فكرته الآن.

(جامعة شتوتغارت ، 01.12.2006 - NPO)