เทคนิคใหม่ที่ช่วยให้นักวิจัยสามารถทำให้ไอออนเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่เย็นจัดโดยการวางไอออนให้สัมผัสกับ “ก๊าซบัฟเฟอร์” ของอะตอมที่เย็นจัดได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยในเนเธอร์แลนด์ การวิจัยยังเปิดโอกาสใหม่ๆ ที่น่าสนใจอีกมากมาย เช่น สถานะควอนตัมที่ประกอบด้วยอะตอมและไอออน ก๊าซปรมาณูเย็นพิเศษถูกเตรียมขึ้นเป็นประจำ
ในห้องปฏิบัติการโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าการระบาย
ความร้อนด้วยการระเหยแบบบังคับ ก๊าซเหล่านี้สามารถใช้เพื่อทำให้ไอออนที่ติดอยู่เย็นลง และนักฟิสิกส์ได้หวังว่าก๊าซบัฟเฟอร์ที่เย็นจัดดังกล่าวจะทำให้ไอออนเย็นลงจนถึงสถานะพื้นควอนตัมของพวกมัน ปัญหาที่พวกเขาพบคือสนามไฟฟ้าที่จำเป็นในการดักจับไอออนทำให้เกิดการสั่นในกับดักในกระบวนการทำให้เกิดไมโครโมชั่น พลังงานจลน์นี้กระจายอยู่ในอะตอมที่เป็นกลางของก๊าซบัฟเฟอร์ ซึ่งทำให้แก๊สร้อนขึ้น
หลังจากการทำความเย็นด้วยเลเซอร์ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1980 มันเป็นไปได้ที่จะทำให้ไอออนเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมาก เนื่องจากไอออนยังคงถูกแยกออกจากอะตอมที่เป็นกลาง เทคนิคนี้จึงไม่ได้รับผลกระทบจากไมโครโมชัน การระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้เพื่อทำให้ไอออนแต่ละตัวเย็นลงจนถึงสถานะการเคลื่อนที่ของพื้นดิน แต่น่าเสียดายที่การแยกไอออนนั้นเสียสละศักยภาพในการสำรวจแง่มุมที่น่าสนใจบางอย่างของกลศาสตร์ควอนตัม Rene Gerritsmaนักฟิสิกส์ปรมาณูแห่งมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมกล่าวว่า “เราสามารถได้รับไอออนที่เย็นจัดและอะตอมที่เย็นจัดได้ดังนั้นทำไมเราไม่ปล่อยให้พวกมันโต้ตอบกันสักครั้งและดูว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อพวกเขาเริ่มแสดงพฤติกรรมควอนตัมเชิงกลไก”
หนักและเบาที่สุด
ในปี 2555 วลาดาน วูเลติชจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และคณะได้แสดงในทางทฤษฎีว่า การเพิ่มมวลของไอออนที่สัมพันธ์กับมวลของอะตอมที่เป็นกลาง อาจเป็นไปได้ที่จะเข้าสู่ระบอบการปกครองที่สามารถตรวจพบผลกระทบของควอนตัมได้ “เราดูที่ตารางธาตุและตัดสินใจว่าอะไรคือไอออนที่หนักที่สุดและอะตอมที่เบาที่สุดที่เรากล้าใช้” Gerritsma กล่าว นักวิจัยตัดสินให้อิตเทอร์เบียม-171 เป็นไอออน และลิเธียม-6 เป็นอะตอม จากนั้นพวกเขาเริ่มทำงานเพื่อควบคุมรูปร่างของสนามไฟฟ้าในกับดักไอออนิกเพื่อให้แน่ใจว่าไอออนจะทำงานตรงตามที่ต้องการในการโต้ตอบกับแก๊สบัฟเฟอร์และทำให้เย็นลงมากที่สุด
ในงานใหม่ นักวิจัยได้สาธิตการระบายความร้อนด้วยแก๊สบัฟเฟอร์ของไอออนให้เหลือประมาณ 100 μK ซึ่งต่ำกว่าขีดจำกัด Doppler ประมาณห้าเท่า ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่เย็นที่สุดที่ทำได้โดยการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์แบบเดิม “คนเคยเชื่อว่าการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ไม่สามารถเย็นลงต่ำกว่าขีดจำกัด Doppler” Gerritsma อธิบาย “แต่ Bill Phillips และคนอื่นๆ ได้รับรางวัลโนเบลปี 1997 จากการแสดงให้เห็นว่า เมื่อพิจารณากลศาสตร์ควอนตัมอย่างเหมาะสม คุณจะเย็นลงได้มาก อุณหภูมิต่ำกว่า” ทีมงานของ Gerritsma ยังไม่ถึงอุณหภูมิที่ทำได้โดยใช้การทำความเย็นแบบ “sub-Doppler” นี้ แต่ได้ทำให้ส่วนผสมของอะตอม-ไอออนเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ควรตรวจพบผลกระทบของควอนตัมเป็นครั้งแรก
นักฟิสิกส์คู่ไอออนสั่น
เพื่อค้นหาเอฟเฟกต์ควอนตัม พวกเขาพิจารณาการคาดการณ์จากนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีMichał Tomzaและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยวอร์ซอในโปแลนด์เกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่าการชนกันของ Langevin ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่ชนกันและโมเมนตัมเชิงมุมแลกเปลี่ยนไอออน ในทฤษฎี Langevin แบบดั้งเดิม โมเมนตัมเชิงมุมจะแปรผันอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นอัตราการชนจึงไม่ขึ้นกับโมเมนตัมเชิงมุม อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ของ Gerritsma แสดงให้เห็นหลักฐานที่ชัดเจนของจุดสูงสุดในอัตราการชน ซึ่งเป็นหลักฐานว่าโมเมนตัมเชิงมุมถูกแลกเปลี่ยนในปริมาณเชิงปริมาณ “ฉันไม่คิดว่าผู้คนจะแปลกใจมากที่เห็นสิ่งที่พวกเขาเห็นในตอนนี้” Gerritsma กล่าว “แต่นี่เป็นความก้าวหน้าทางการทดลอง เราอยู่ที่ชายแดนที่มันจะกลายเป็นควอนตัม และเราเชื่อว่าเราสามารถทำให้มันเย็นลงได้แม้อยู่ใน อนาคต.” ทีมงานกำลังทำงานเพื่อสร้างปฏิสัมพันธ์ของอะตอม – ไอออนของโมเลกุลที่เรียกว่า Feshbach resonances โดยใช้สนามแม่เหล็ก
“ฉันคิดว่านี่เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ” วูเลติช ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานล่าสุดกล่าว “มีฟิสิกส์ที่น่าสนใจมากในการศึกษาการชนกันของอะตอม-ไอออนที่ควบคุมได้ และสำหรับสิ่งนั้น คุณจะต้องเย็นพอเพื่อให้มีกระบวนการเฉพาะเพียงกระบวนการเดียวเท่านั้น ผู้เขียนได้มาถึงระบอบการปกครองนี้แล้วและการเปิดประตูนี้จะน่าสนใจมากสำหรับการศึกษาในอนาคต พวกเขาทำทุกอย่างถูกต้องแล้ว และตอนนี้พวกเขาเพียงแค่ต้องเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคเพิ่มเติมเพื่อไปให้ถึงขีดจำกัดสูงสุดของการระบายความร้อน”
Anna Kauchและเพื่อนร่วมงานที่ Technical University Vienna ในออสเตรียคาดการณ์ว่าอนุภาคกึ่งชนิดใหม่ โดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ ทีมงานสรุปว่า “π-ton” (ออกเสียงว่าพายตัน) ถูกสร้างขึ้นโดยพันธะระหว่างคู่อิเล็กตรอน-รู 2 คู่ในวัสดุที่มีลักษณะคล้ายเซมิคอนดักเตอร์ ขณะนี้นักวิจัยหวังว่า π-tons จะสามารถศึกษาในการทดลองจริงได้ในไม่ช้า และแม้กระทั่งนำไปใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์
quasiparticles เป็นแรงกระตุ้นคล้ายอนุภาคที่เกิดจากพฤติกรรมรวมของอิเล็กตรอนและเอนทิตีอื่นๆ ในของแข็ง พวกเขารวมถึงโพลาริตันซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนกับแสงและ excitons ที่เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนในแถบเวเลนซ์ของเซมิคอนดักเตอร์ถูกกระตุ้นโดยโฟตอนไปยังแถบการนำไฟฟ้า ในตำแหน่งของอิเล็กตรอน จะมี “รู” ที่มีประจุบวกทิ้งไว้ในแถบเวเลนซ์ ซึ่งอิเล็กตรอนยังคงดึงดูดอย่างมาก คู่อิเล็กตรอน-รูมีลักษณะเหมือนอนุภาค – สารกระตุ้น
Credit : cateringiperque.com cdmasternow.com cheaplinksoflondonshop.com conviviosfraternos.com cookwatchus.net craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com edmontonwarhammerleague.com
