Chladíme. Zn. Laserem

Martin Tůma  |  Věda

Absolutní nula je teplota, při které prý zamrzá peklo. Jen kousek nad touto teplotou mrzne hélium a obecně všechny látky se začínají chovat poměrně divně. Tuto teplotu se nám v přírodě nepodařilo najít a naměřit, je určena teoretickým výpočtem jako –273,16 °C nebo 0 K (K jako Kelvin).

Látku tak blízko absolutní nule potřebuje pro svůj výzkum celá řada oborů, ať už se jedná o supravodiče, kvantová zařízení, nebo třeba zvukový ekvivalent laseru – phaser. Ale ochladit cokoliv na tuto teplotu je velmi obtížné.

V poslední době řada pracovišť používá chlazení pomocí laserových paprsků, kterými dosahují teploty v řádek milikelvinů. Pro pochopení toho, jak tzv. Dopplerovské laserové chlazení funguje si musíme uvědomit, že atom sám o sobě nemá žádnou teplotu.

Teplota souboru atomů je dána tím, jak rychle se vůči sobě chaoticky pohybují, narážejí do sebe a zase se rozlétají do různých stran. Čím intenzivnější je tento pohyb, tím vyšší je teplota. Laserovými paprsky dokážeme tento pohyb „vyhladit“.

Ilustrační foto

Velmi chladné atomy chycené v magnetické pasti ozařujeme paprsky z různých směrů. Vlnová délka světla musí být přesně taková, aby vybudila (excitovala) jenom ty atomy, které se pohybují vstříc přilétajícím fotonům vyšší rychlostí. Tento atom bude excitován díky Dopplerovu jevu, který z jeho pohledu zkrátí vlnovou délku fotonu. Zachycení fotonu atom zbrzdí.

Avšak atom nevydrží být dlouho vybuzený. Nedlouho poté opět přijatý foton vyzáří, ale většinou jiným směrem, než je k laseru. Tímto způsobem lze srovnat chaotický pohyb atomů a snížit tak teplotu až na nějakých 150 mK.

Tým výzkumníků z univerzity v Yale dokázal podobným způsobem vychladit i molekuly. Oproti atomům mohou molekuly dosahovat podstatně širšího spektra energetických stavů, daných i vazbami mezi atomy uvnitř molekul a tudíž není tak jednoduché dosáhnout stejného postupu jako u jednotlivých atomů.

Výzkumníci začali dále chladit molekuly fluoridu stroncia z 4K. Chlazení prováděli pouze v jednom směru, jedním laserem a podařilo se jim srovnat molekuly v tomto směru tak, že měly teplotu několik mK. Dosažený výsledek může být odrazovým můstkem pro zkoumání komplexnějších látek při ultranízkých teplotách, stejně jako východiskem pro konstrukci kvantových počítačů.

Zdroj: http://www.yale.edu/…esearch.html#…
Foto: Shutterstock

Nejčtenější