Исследователи из Австралии и Великобритании нашли способ пронаблюдать за состоянием конденсата Бозе-Эйнштейна, охлажденной до экстремально низкой температуры материей. Новый метод позволяет избежать нежелательного нагрева частиц, температура которых лишь на сто нанокельвинов выше абсолютного нуля. Подробности приведены в статье физиков в New Journal of Physics, а кратко о методике и ее применения рассказывается в сообщении Институт физики IoP. В сообщении физики назвали конденсат «самым холодным объектом во Вселенной».
Узнайте больше в полной версии ➞Ученые использовали лазер, длина волны которого не позволяет фотонам поглощаться атомами конденсата. Это существенно уменьшило нагрев, но только этого метода было бы недостаточно. Конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ) был расположен внутри дополнительной катушки индуктивности, магнитное поле которой позволяло перемещать его внутри лазерного луча и реализовать так называемую динамическую стабилизацию изучаемого объекта.
Суть динамической стабилизации заключается в том, что при помощи электромагнитных импульсов периодически меняется ориентация спинов частиц КБЭ. В одной из прошлых работ это сравнили со стабилизацией перевернутого вверх ногами маятника. Такой маятник неустойчив, но за счет сдвигов точки подвеса его можно удерживать в вертикальном положении достаточно долго. В случае с КБЭ в роли маятника выступает спин атомов, а в роли колеблющегося подвеса электромагнитное поле.
Использование лазерного луча со специально подобранной длиной волны и электромагнитной динамической стабилизации было реализовано на практике ранее. Новизна исследования заключается в том, что ученые смогли оптимизировать алгоритм управления электромагнитным полем и за счет этого повысили точность обратной связи. Когда атомы начинают нагреваться, то есть совершать колебания, внешнее поле гасит эти колебания и тем самым предотвращает нагрев КБЭ.
КБЭ является особым состоянием материи, состоящей из бозонов, частиц с целым спином (то есть спином, равным целому числу). Из законов термодинамики и квантовой механики следует то, что такие частицы при очень низкой температуре будут переходить в одно и то же квантовое состояние, что принципиально невозможно для фермионов, частиц с полуцелым спином (электрон, например, его спин равен 1/2). Одним из следствий такого поведения является согласованное движение сгустка КБЭ (все частицы движутся с одинаковой скоростью). Это может, как пишут авторы новой методики, пригодится при создании принципиально новых устройств, включая детекторы гравитационного поля.