Новости химической науки > Обнаружены новые свойства ультраохлажденных атомных газов

Физики из JILA, совместного проекта Национального Института Стандартов и Технологий и Университета Колорадо продемонстрировали возможности новой экспериментальной методики, позволившей обнаружить неизвестные свойства ультраохлажденных атомных газов.

Новая методика позволяет обнаружить неизвестные свойства ультраохлажденных атомных газов в сверхтекучем состоянии, в котором атомы, подобно электронам в сверхпроводнике, образуют пары. Особый интерес исследователей JILA прикован к «переходному» (средний рисунок) состоянию между малыми парами в Конденсате Бозе-Эйнштейна (слева) и большими парами в низкотемпературном сверхпроводнике (справа). (Рисунок из Nature, 2008, 454, 744)

Для разработки новой методики исследователи использовали идею, уже около века использовавшуюся для изучения материалов: фотоэмиссионную спектроскопию. Традиционная фотоэмиссионная спектроскопия изучает энергию электронов в материале. Новый вариант фотоэмиссионной спектроскопии адаптирует эту методику для изучения атомов калия в ультраохлажденном атоманом газе.

Фотоэмиссионная спектроскопия особенно удобна для выявления особенностей спариванием электронов в высокотемпературных сверхпроводниках, представляющих собой твердые соединения, обладающих нулевым сопротивлением при относительно высокой (хотя и значительно ниже комнатной) температуре.

Исследователи из JILA изучают весьма близкое явление: сверхтекучесть (течение жидкостей с практически нулевым трением). Конкретнее: они исследовали поведение атомов в газе Ферми при их переходе от состояния Конденсата Бозе-Эйнштейна (в котором фермионы спариваются с образованием прочно связанных систем) до состояния, в котором они ведут себя как пары разделенных электронов в сверхпроводнике.

В переходном состоянии атомы в ульраохлажденном газе испытывают значительное взаимное влияние, которое маскирует их индивидуальные свойства. Для изучения поведения атомов в переходном состоянии исследователи приложили поле с радиочастотой к облаку захваченных спаренных атомов калия; поле позволяет выбросить несколько атомов из облака, в котором реализуется достаточно прочное взаимодействие, после чего отключается лазерная ловушка, в результате чего газ может расшириться.

Исследователи получили образы ультраохлажденного газа и посчитали количество атомов, уходящих из облака с различными скоростями. Получив эту информацию, исследователи смогли рассчитать энергетическое состояние и моменты движения атомов в газе. Исследователи составили карту энергетических уровней для всех атомов и смогли определить величину «энергетического барьера», который необходимо преодолеть для вырывания пары атомов из газа.

Источник: Nature, 2008, 454, 744; DOI: 10.1038/nature07172

метки статьи: #аналитическая химия, #физическая химия