Переключиться на мобильную версию

Физики объединили тысячи молекул в единое квантовое состояние

Это стало важной вехой для квантовой физики: тысячи молекул были вынуждены разделять одно и то же квантовое состояние, танцевать вместе в унисон, как одна огромная супер-молекула.
Изображение молекулярного конденсата Бозе-Эйнштейна
Изображение молекулярного конденсата Бозе-Эйнштейна
Chin Lab

Физики давно стремятся использовать сложные квантовые системы для технологических приложений, но заставить кучу неуправляемых молекул работать вместе - такая же трудность, как и пасти кошек.

"Люди пытались сделать это на протяжении десятилетий, поэтому мы очень взволнованы", - сказал физик Ченг Чин из Чикагского университета.

Читай также: Найдена первая молекула во Вселенной

"Я надеюсь, что это может открыть новые области в квантовой химии многих тел. Есть свидетельства того, что впереди еще много открытий".

Концепция множества частиц, действующих вместе как одна большая частица, разделяющих свои квантовые состояния, не нова. Мы достигли этого и десятилетиями экспериментировали с облаками отдельных атомов в состоянии вещества, которое называется конденсатом Бозе-Эйнштейна .

Они образованы из атомов, охлажденных до доли выше абсолютного нуля (но не до абсолютного нуля, когда атомы перестают двигаться ). Это заставляет их опускаться до состояния с самой низкой энергией, перемещаясь чрезвычайно медленно, так что их энергетические различия исчезают, что приводит к их перекрытию в квантовой суперпозиции.

В результате получается облако атомов с высокой плотностью, которое действует как один "суператом" или материальная волна.

Однако молекулы состоят из множества связанных вместе атомов, и поэтому их намного труднее приручить.

Читай также: Физики открыли новую экзотическую частицу

"Атомы - это простые сферические объекты, тогда как молекулы могут вибрировать, вращаться, нести небольшие магниты", - объяснил Чин. "Поскольку молекулы могут делать так много разных вещей, это делает их более полезными и в то же время намного сложнее контролировать".

Чтобы создать свой молекулярный конденсат Бозе-Эйнштейна, команда под руководством физика Чжендуна Чжана из Чикагского университета начала с атомного конденсата Бозе-Эйнштейна, используя газ из 60 000 атомов цезия.

Затем они охладили конденсат еще больше и увеличили магнитное поле так, что около 15 процентов атомов цезия столкнулись и попарно связались, образуя молекулы декезия. Несвязанные атомы были выброшены из ловушки, и был применен градиент магнитного поля, чтобы левитировать и удерживать оставшиеся молекулы в двумерной конфигурации.

"Как правило, молекулы хотят двигаться во всех направлениях, и если вы это допустите, они будут гораздо менее стабильными", - сказал Чин. "Мы ограничили молекулы так, чтобы они находились на двумерной поверхности и могли двигаться только в двух направлениях".

Образовавшийся газ состоял из молекул, которые, как выяснили ученые, находились в одном квантовом состоянии, с одинаковыми спинами, ориентацией и вибрацией.

Читай также: Исследование: Экзотические компактные объекты могут скоро нарушить физику

Нам еще предстоит изучить, на что способен молекулярный конденсат Бозе-Эйнштейна, но это значительный шаг в этом направлении, предоставляющий пустую основу для будущих экспериментов.

Не только для самого молекулярного конденсата, но и для перехода между атомарным и молекулярным конденсатами Бозе-Эйнштейна. Изучение того, как это работает, поможет ученым упростить процесс, чтобы мы могли создавать конденсаты с другими молекулами, которые, возможно, будет проще поддерживать или которые будут более эффективными для различных технологических приложений.

"В традиционном понимании химии вы думаете о нескольких атомах и молекулах, которые сталкиваются и образуют новую молекулу", - сказал Чин .

"Но в квантовом режиме все молекулы действуют вместе, в коллективном поведении. Это открывает совершенно новый способ изучения того, как все молекулы могут реагировать вместе, чтобы стать молекулами нового типа".

Напомним, ранее сообщалось, чтофизики нагрели воду до рекордной температуры.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

 
Комментариев (0)
Оставляя комментарий, пожалуйста, помните о том, что содержание и тон Вашего сообщения могут задеть чувства реальных людей, непосредственно или косвенно имеющих отношение к данной новости. Пользователи, которые нарушают эти правила грубо или систематически, будут заблокированы.
Полная версия правил
Осталось 300 символов
Реклама
Мы в соцсетях
Реклама
Реклама
Для удобства пользования сайтом используются Cookies. Подробнее здесь