Ученые смогли охладить отрицательно заряженные ионы старым методом

Недавно ученые-физики сообщили о своём успехе относительно принудительного понижения температуры отрицательно заряженных ионов кислорода. С помощью нестандартных методов охлаждения, о которых говорили ещё тридцать лет назад, им удалось понизить температуру ионов с 13000 до 3800 кельвинов. Такой результат уже называют рекордным.

Для того, чтобы добиться такого результата, ученые пытались применить метод лазерного охлаждения, с помощью которого до этого им удалось выделить бозе-конденсат взаимодействующих фотонов. Однако такой метод совершенно не сработал на поле деятельности отрицательных ионов. Именно поэтому было решено обратиться к проверенному старому методу, предложенному французским ученым физиком Энн Крубилье. Метод состоит в том, чтобы с помощью электрического поля захватить и удерживать горячие анионы с высокой кинетической энергией, которые под воздействием лазера будут терять электроны, тем самым будет снижаться средняя температура ионного облака.

Данный метод применили на анионах кислорода, температура которых изначально составила примерно 13000 кельвинов. Численностью в 20 тысяч единиц они создали определённое облако атомов, по форме напоминающее вытянутую сигару толщиной в 0,5 мм. Используя лазер с зеленым светом, длина волны которого составляла 532 нанометра, ученые смогли ускорить процесс охлаждения облака, и уже через 2 минуты температура снизилась примерно на 4300 кельвинов. Произошло это в связи с происходившим теплообменом остаточного воздуха. В течение следующих нескольких минут при работе лазера на полной мощности температура упала ещё на 4900 кельвинов. По данным измерительных приборов, суммарное падение температуры в конечном итоге составило 9200 кельвинов.

На сегодняшний день такой результат — плод самых первых испытаний. В будущем ученые планируют снизить температуру отрицательных ионов на рекордно низкий уровень — всего лишь до 100 кельвинов. Именно при такой температуре к лазерному охлаждению в условиях электрического поля подключается доплеровское охлаждение, которое теоретически поможет охладить анионы и вовсе до десятой доли микрокельвина. Таким образом, ученые планируют уравнять между собой поведение и свойства отрицательно и положительно заряженных ионов при низких температурах. Благодаря подобным холодным атомным газам появится возможность изготавливать сверхточные квантовые устройства, сверхтекучие твёрдые тела, а также создать так называемый пространственно-временной кристалл, который состоит из холодных атомов натрия.