29 Ноября 2017
МОСКВА, 29 ноября , Ольга Коленцова. Самая маленькая природная температура, занесенная в Книгу рекордов Гиннеса (минус 89, 2 °С), была зафиксирована в Антарктиде. В исследованном космосе морознее всего в туманности Бумеранг она расширяется и выбрасывает охлажденный газ с температурой минус 271 ⁰С. Но ученые давно обогнали природу, создав системы, где температура близка к абсолютному нулю.
Температура в физике является аналогом внутренней энергии химическое вещества, поэтому чем более разогретый материал, чем быстрее качаются в нем частицы. Самая низкая температура из физически возможных соответствует минус 273, 15 ⁰С (или 0 Кельвин), и в этой точке тепловое движение останавливается полностью.
Для исследования явлений на микроуровне ученым необходимо точно знать, чем вызван тот или иной эффект. Например, сплав внезапно ускорился, для чего ему потребовалась энергия. Но как понять, откуда она появилась: от попавшего на электрон фотона или из теплоснабжения окружающей среды? Ученые давно нашли ответ на этот вопрос: изучать такие частицы полезного при охлаждении, наиболее близком к абсолютному нулю.
Самый несложный метод получения низких температур использование жидкого гелия. В свободном состоянии это газ, входящий в состав домашняя обстановки и известный многим по забавному свойству делать голос смешным. Дело в том, что частота колебаний голосовых связок зависит от плотности воздушной среды. Плотность гелия в семь с лишним раз ниже, чем воздуха, а скорость звука в три раза выше. Поэтому в полости гортани резонансно усиливаются более очень большие гармоники колебаний голосовых связок, за счет чего голос и становится писклявым.
Для науки важным свойством гелия является его природная низкая температура, в тот момент, когда он находится в жидком внешний виде, для чего газ в буквальном смысле сжимают в специальном компрессоре. Тогда он устанавливает температуру 4, 2 Кельвина. Но ее можно повысить, если использовать два изотопа (так называют разновидности атомов с одинаковым зарядом, но разным количеством нейтронов) гелия 3 и 4. При охлаждении смеси, зажигающей в себя данные изотопы, она делится на две фазы богатую гелием-3 и гелием-4. При переходе свой первого из них в фазу, богатую гелием-4, происходит убывание температуры. Так можно остудить систему до 10-20 милликельвин в рефрижераторах растворения, рассказывает Владимир Гуртовой, большой научный сотрудник Лаборатории искусственных квантовых систем Московского физико-технического института.
CC BY-SA 2. 5 / Mark Somoza / Helium dilution refrigeratorРефрижератор растворения - устройство, в котором для охлаждения используется смесь двух изотопов гелия
Но, чтобы создать системы с температурой в миллиардные доли Кельвина, полезным более сложные способы. Для этого используют лазеры, содержащие важное свойство излучать весь свет на одной частоте. Это означает, что фотоны, из которых и состоит луч, синхронно совершают одинаковое количество движений за единицу времени.
Электроны в составе атома разложены по своеобразным уровням-полочкам. Чем удаленнее электрон находится от ядра, тем большей энергией должен обладать. Разница между уровнями в атоме измеряется энергией, какую должен поглотить электрон, чтобы подняться на уровень выше. Источником энергии служит фотон, налетающий на атом. Если его энергия будет меньше полезной электрону для перехода, квант полетит своей дорогой, оперативнее всего, изменит траекторию. Частоту лазерного излучения выбирают с учетом того, чтобы она была немного меньше той, которая требуется для поглощения кванта электроном. Но если атом будет двигаться к источнику света (лазеру), он увидит энергию фотонов большей, чем она есть на самом деле, и успешно уплетет их.
Потом атом обязательно должен испустить съеденные кванты, причем уже с их истинной энергией. Таким образом, разность поглощенной и испущенной энергии будет взята из теплового движения атома.
Правда, пределом получаемой таким методом температуры будет несколько сотен микрокельвин примерно такова энергетическая ширина полочки, где расположены электроны. И в определенный момент надбавка энергии начнет попадать в окно неопределенности энергии излучения атома.
Поэтому желающие продолжить заморозку ученые должны использовать так продолжаемое сизифово охлаждение. Навстречу атому направляют два лазерных пучка с поляризацией, перпендикулярной друг другу. Полученные волны света сбрасывают атом в более низкое энергетическое состояние, навязывая ему уникальную частоту вместо уже имеющейся.
Недостатком двух последних методов является невозможность охлаждения крупных систем, поскольку с помощью лазеров можно схватить только отдельные атомы. Для более крупных объектов изучения импровизировать и используют схемы, основанные на гелии.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....