Охлаждение молекул

Физики из Йельского университета под руководством Девида Демилля впервые провели успешный опыт по лазерному охлаждению не атомов, а целых молекул. Молекула монофторида стронция (SrF) была охлаждена до температуры лишь немного выше абсолютного нуля.

Методика лазерного охлаждения отдельных атомов известна уже давно, но целая молекула поддалась ученым впервые.

Охлаждение основано на том, что атомы поглощают фотоны, а затем испускают их. При многократном повторении этого процесса атомы постепенно теряют свою кинетическую энергию, то есть охлаждаются. Молекулы тяжелее, чем атомы и менее чувствительны к воздействию лазера. Кроме того, они обладают колебательной и вращательной энергией межатомных связей, что усложняет охлаждение. Фторид стронция был выбран потому, что согласно расчетам, колебательная энергия этой молекулы невелика.

Атомы, охлажденные до температуры, близкой к абсолютному нулю, начинают подчиняться законам квантовой механики. У нагретых молекул квантовые эффекты замаскированы энергией колебаний, вращений и кинетической энергией движения. Можно сказать, что при температурах, близких к абсолютному нулю, атомы и молекулы ведут себя как волны.

Ранее для получения суперхолодных молекул ученые сначала охлаждали отдельные атомы, а затем сшивали их в молекулы. Демилль и его команда подобрали длину волны лазера, которая гасит вращение атомов в молекуле. С помощью этой технологии они добились успеха. Исследователям удалось охладить молекулы фторида стронция до 300 микрокельвинов. Сейчас ученые работают над тем, чтобы еще снизить температуру и непосредственно понаблюдать квантово-механические эффекты в различных молекулах.

Охлажденные молекулы можно будет использовать в так называемых квантовых компьютерах, которые по мощности должны превзойти современные суперкомпьютеры.