To nye teknikker kan afkøle molekyler til rekordlave temperaturer

To nye teknikker kan afkøle molekyler til rekordlave temperaturer

To forskergrupper har med forskellige teknikker opnået at nedkøle molekyler til få millikelvin.

Ultrakolde atomer med temperaturer under en tusindedel eller milliontedel over det absolutte nulpunkt fremstilles næsten rutinemæssigt i fysiklaboratorier og finder anvendelse til højpræcisionsmålinger og kvantesystemer.

Læs også: Kvanteaccelerometre skal holde ubåde på ret kurs

Det skyldes ikke mindst, at en teknik, der kendes som laserkøling, og som bl.a. udløste en Nobelpris i fysik i 1997, er uhyre velegnet til det formål.

Læs også: Seks forskere: Her er laserens fremtid

Det er derimod langt vanskeligere at afkøle molekyler, da deres energiniveauer er forbundet med rotation og vibrationer, som ikke kan styres på samme måde ved påvirkning med lasere.

Men i samme udgave af Physical Review Letters beskriver to forskellige forskningsgrupper nu, hvordan de har videreudviklet to forskellige teknikker, så det er muligt at afkøle molekyler til 0,4 millikelvin. Det er ca. 10 gange så lavt, som det tidligere er lykkedes at afkøle molekyler med en direkte metode. Molekyler har tidligere været afkølet til under 1 mK, men det var været med en metode, som ikke er generelt anvendelig.

Martin Zeppenfelds forskningsgruppe ved Max-Planck-Institut für Quantenoptik i Garching nær München anvender den såkaldte Sisyfos-teknik opkaldt efter den græske sagnhelt.

Molekyler føres ind i fælden fra en termisk kilde til venstre med en temperatur på ca. 150 K, hvor de fanges mellem to elektrisk ladede plader, som påtrykkes en positiv og negativ vekselspænding op til +/- 1.500 V. Laserstålen (rød) og radiofrekvenssignalet (RF) reguleres på en måde, så molekylerne hele tiden er dømt til at bevæge sig op ad en energibakke og derved mister kinetisk energi, hvorved de afkøles. Molekylerne føres ud af fælden til højre, hvor en måling er antydet. (Grafik: A. Prehn et al. Phys. Rev. Lett)

De har derved afkølet 300.000 formaldehydmolekyler (H2CO) til en temperatur på 0,42 mK. Molekylerne kan holdes fanget ved denne temperatur i helt op til et minut.

Magnetooptisk fælde

David deMilles forskningsgruppe fra Yale University i Connecticut, USA afkøler strontiumflourid (SrF) i en magnetooptisk fælde.

Fidusen er, at forskerne undgår problemet med molekylernes vibrationstilstande ved hurtigt at oscillere magnetfeltet med en frekvens i størrelsesorden 1 MHz og periodisk ændre polarisationsretningen for de lasere, som bruges til at fange molekylerne i den magnetooptiske fælde.

De har derved kunnet holde en sky af 2.000 molekyler med en temperatur på 0,4 mK med en tæthed på 60.000 molekyler pr. kubikcentimeter i et halvt sekund.

Det er på alle parametre en klar forbedring af, hvad det tidligere har været muligt med tilsvarende systemer og rigelig lang tid til at kunne lave mange præcisionsmålinger.

Forskerne skriver i deres artikel, at det vil være muligt med metoden at fange molekyler og atomer samme sted, så man kan studere atommolekyle-kollisioner.

Kommentarer (0)