أول غاز كمي من الجزيئات

نجحت السيطرة الكاملة على الجسيمات المرتبطة في المكثفات Bose-Einstein

محلول بوز آينشتاين التقليدي للذرات © NIST
قراءة بصوت عال

تعتبر الغازات فائقة البرودة نظامًا مثاليًا للتحقيق في الظواهر الفيزيائية الكمومية. لأول مرة ، نجح فريق من علماء الفيزياء في إنتاج غاز كمي ليس من ذرات واحدة بل من جزيئات مرتبطة كيميائياً والتحكم في الجزيئات بالكامل بواسطة ميكانيكا الكم. أبلغ الباحثون عن ذلك في مجلة العلوم.

من الأفضل استكشاف فيزياء الكم بشكل تجريبي على ذرات وجزيئات فائقة البرودة. في درجات حرارة أعلى بقليل من الصفر المطلق (-273.15 درجة) ، يمكن التحكم بدقة في الجسيمات بالمعرفة المناسبة والتكنولوجيا الحديثة. إذا تم تبريد الجسيمات لدرجة أن وظائف الموجة الميكانيكية الكمومية للجزيئات تبدأ في التداخل ، فإن ذلك يسمى غاز الكم. إذا تأرجحت جميع وظائف الموجات الميكانيكية الكمومية للجزيئات الفردية في الوضع الشائع المثالي ، يتم إنشاء مكثف Bose-Einstein (BEC).

كان من الصعب السيطرة على الغازات الجزيئية

مثل هذه التجارب مع الذرات هي الآن جزء من الروتين العلمي. الجزيئات ، من ناحية أخرى ، تفلت من السيطرة الفيزيائية التجريبية الكاملة بسبب تعقيدها الكبير. "بالنسبة للجزيئات شديدة البرودة ، يتعين علينا التحكم بدرجة أكبر بكثير من الحرية ، مثل الدوران والحالة الذبذبية للجزيئات" ، يوضح هانز كريستوف نغيرل من معهد الفيزياء التجريبية بجامعة إنسبروك.

إذا نجح هذا التحكم ، فيمكن توليد مكثف Bose-Einstein لجزيئات الحالة الأرضية ، حيث يكون للجزيئات أدنى طاقة داخلية ممكنة ، وفي الوقت نفسه ، تظهر نفس السلوك المحدد جيدًا من حيث الميكانيكا الكمومية. لقد اقترب الباحثون في انسبروك الآن خطوة مهمة من تحقيق هذا الهدف.

الغاز الكم مع تحويلات

إن التبريد المباشر للجزيئات ليس فعالًا بدرجة كافية لتحقيق تكاثف Bose-Einstein من الجزيئات. لذلك ، يستخدم الباحثون خدعة: هم أولاً يبردون الذرات لتكثيف بوز-آينشتاين وبعد ذلك فقط يولدون جزيئات من الذرات. في التجارب السابقة ، ومع ذلك ، كان العلماء قادرين فقط على توليد غازات الكم مع أزواج ذرية ضعيفة الارتباط للغاية. لم تكن الطرق المتاحة سابقًا كافية لوضع الجزيئات في حالة الأرض شديدة الارتباط. عرض

يوهان دانزل في مختبر معهد الفيزياء التجريبية ، جامعة إنسبروك

الليزر قوة الترابط العميق

لذا اتخذ نوجرل وفريقه فكرة عن نظريين حول ديتر جاكش وبيتر زولير. مع اثنين من الليزر من أطوال موجية مختلفة ، فإنها تنقل الجزيئات ضعيفة الضعيفة من خلال التفاف مستوى أعلى من الطاقة في محيط الدولة الأرضية. material خارج المادة عبارة عن مكثفات Bose-Einstein لذرات C sium ، والتي نقوم بتحويلها إلى غاز كمي من ذرات ضعيفة الارتباط للغاية باستخدام صدى Feshbach. باستخدام تقنية خاصة (STIRAP Stimulated Raman Adiabatic Passage) ، فإننا بعد ذلك نجبر الجزيئات إلى الحالة الجزيئية المربوطة بعمق عن طريق نقل ثنائي الفوتون ، موضحا N gerl مسار تجربته.

ترتبط الجسيمات ببعضها البعض بقوة بحيث يمكن للمرء أن يتحدث عن الجزيئات المرتبطة كيميائيا. "من المهم أن تتم عملية النقل بشكل متماسك ، أي أن لدينا سيطرة ميكانيكية كاملة على الجسيمات في جميع الأوقات" ، يشرح يوهان دانزل ، أحد المؤلفين المشاركين للعمل.

إجابات أيضا على الأسئلة الأساسية

وهكذا ، اتخذ الباحثون في إنسبروك أصعب عقبة في طريقهم إلى تكثيف جزيئات Bose-Einstein في الحالة الأرضية - وهو هدف يسعى العلماء من جميع أنحاء العالم حاليًا إلى تحقيقه. يعد الغاز شديد البرودة الموجود في نفس الجزيئات بالضبط نموذجًا مثاليًا للبحث الأساسي للجزيئات.

في المستقبل ، سيكون من الممكن إجراء قياسات دقيقة للغاية ، وبالتالي تحديد ، على سبيل المثال ، طاقة الربط للحالات الجزيئية بدقة أكبر على العديد من الطلبيات ذات الحجم الأكبر من السابق. يمكن أيضًا اختبار عقيدة قديمة للفيزياء على جزيئات فائقة البرودة: أي أن لبنات المادة ، مثل البروتونات والإلكترونات ، لها دائمًا الكتلة نفسها. إذا تغيرت نسبة كتلهم مع مرور الوقت ، فإن هذا من شأنه أن يهز أسس الفيزياء الحديثة.

(جامعة إنسبروك ، 11.07.2008 - NPO)