Дальнейшее охлаждение возможно
 Ухудшение работы почек может негативно отразиться на состоянии когнитивных функций пожилых людей. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Чем теплее объект – тем беспорядочней в нем движение атомов и молекул (выше энтропия), и тем меньше веществ, способных сохранять так называемый «дальний порядок». Обратное так же верно. Чем ниже температура (ниже энтропия) – тем более упорядоченно ведут себя атомы, формируются кристаллические структуры. Если смотреть еще дальше, на более низкие температуры, то, за счет снижения энтропии систем во время «экстремального» охлаждения, появляется возможность наблюдать удивительные квантовые эффекты, не доступные в привычном нам мире.
Яркими кандидатами, к которым, кстати, проявляется наибольший интерес со стороны научного сообщества, являются так называемые квантовые магниты и аналоги высокотемпературных сверхпроводников. Но, не смотря ни на какие ухищрения ученых, после всех прорывов в области физики низких температур, ультрахолодные атомы все еще остаются слишком теплыми, чтобы наблюдать подобные эффекты на эксперименте.
Физика низких температур уже добралась до масштабов суб-кельвина (температур менее 1 градуса по шкале Кельвина). Лазерное излучение позволяет «охлаждать» атомы до температур порядка микро и даже нанокельвина. В середине 1990-х годов исследователи дополняли эту процедуру конденсацией Бозе-Эйнштейна, найдя, таким образом, способ охлаждать вещество до 20 нанокельвинов. Другими процедурами удавалось добиться и более хорошего результата: 500 пикокельвинов. Все это приводило к повышению упорядоченности полученных структур, но для итоговой цели, удивительных квантовых систем, этого не достаточно. Не смотря на низкую температуру, получаемое вещество обладало слишком высокой энтропией, чтобы проявлять обозначенные выше свойства.
В своей работе, результаты которой опубликованы в журнале Physical Review Letters, группа итальянских ученых показала, что существуют экспериментальные приемы, позволяющие повысить квантовый порядок за счет снижения энтропии.
Схема, предложенная итальянскими исследователями, в принципе не отличается от идей, положенных в основу «классической» криогеники. Их стратегия базируется на той же идее поиска оптимального «рефрижератора»; с этой целью они используют специальный газ, который, расширяясь, поглощает энтропию основного исследуемого вещества.
Экспериментально предложенная идея была опробована на смеси квантовых газов бозонов калия и атомов рубидия в общей магнитной ловушке. Газы обладают разными оптическими резонансами, что позволяет относительно независимо управлять каждым из них с помощью оптических и магнитных ловушек.
Следует отметить, что отдельные элементы предложенной техники предлагались и ранее. К примеру, еще 10 лет назад можно было найти в научных работах упоминания об охлаждении одного газа при помощи другого, причем, как для нейтральных атомов, так и для ионов. Примечательно в новом исследовании то, что «вспомогательный» газ используется не однократно, как ранее, а неограниченно долго. Кроме того, второй газ в данном случае является так же и «датчиком», измеряющим энтропию основного газа (напомним, что речь идет о масштабах температур менее 1 градуса по шкале Кельвина, что невозможно измерить термометром).
Безусловно, первый эксперимент – это еще не прорыв всех барьеров на пути к квантовым материалам. Однако, подобная «первая ласточка» дает повод надеяться, что со временем трудности будут преодолены.
Также по теме:
Источники: