麻省理工学院的研究人员创造世界上最酷的稳定分子

一个研究小组麻省理工学院有冷却分子中钾钠(NaK)气体的温度500 nk,略高于绝对零度,多次冷比星际空间。

科学家们发现,超冷分子不仅稳定和持久,但他们也能够承受与其他种类的分子反应碰撞。此外,分子有很强的偶极矩,指权力的失衡电荷分子和规范部队内部发生的类似于磁铁之间的分子经过遥远的距离。

空气在太空中包含了许多混乱分子变焦和相互碰撞在许多英里每小时。在环境温度下,这种不可预测的分子行为被认为是正常的。

多年来,科学家们推测,如果温度下降至接近绝对零度,所有的分子将停止个人无序运动和行为作为一个组合的身体。这种分子的行为这是更多的组织形式不寻常的物态,否则就不会出现在现实世界。

根据马丁Zwierlein,首席研究员在麻省理工学院的电子研究实验室和麻省理工学院物理学教授,通常分子是一种充满活力和振动,旋转,速度快速穿越空间。然而,研究小组已经成功开发的超冷分子停止。

换句话说,分子在标准厘米每秒的速度冷却,然后准备在最低的旋转和振动。Zwierlein和博士后塞巴斯蒂安和研究生Jee吸引公园,有研究结果发表在《物理评论快报》。都是来自超冷原子中心的成员。

“我们非常接近温度量子力学在分子的运动起着很大的作用。所以这些分子将不再东奔西跑likebilliard球,但此举是量子力学波问题。和超冷分子,你可以得到一个巨大的各种各样的不同状态的物质,如超流体水晶,水晶,但感觉没有摩擦,这是荒诞不经。到目前为止这并没有被观察到,但是预测。我们可能不会看到这些影响,所以我们都是兴奋,“Zwierlein说。

每个分子含有单个原子,分子结构连接在一起来创建一个。最基本形式的分子看起来就像一个哑铃,包含两个原子,由电磁力链接。

研究人员试图产生超冷分子的钾钠,与单个分子包含一个钾和钠原子。然而,由于分子等自由度振动、旋转和翻译,是不容易直接冷却。然而,原子有一个更简单的结构,使其容易冷却。

研究人员首先利用激光,然后进行蒸发冷却降温单独的钾和钠原子接近绝对零度。在这之后,他们应用磁场使原子结合在一起,一种称为Feshbach共振的机制,最终产生超冷分子。然而,随后的债券相当薄弱,产生一个毛茸茸的分子,还有振动特性,为单个原子连接在一个漫长而脆弱的连接。

“这就像优化你的收音机在共振站。这些原子开始幸福地震动在一起,形成一个分子,”Zwierlein说。

为了产生一个更稳定和更强的分子,研究人员使用一种独特的方法,最初报道因斯布鲁克大学的科学家们在2008年对非极性铯(Ce₂)分子,科罗拉多大学的钾铷(KRb)分子。

对于这种方法,否定新产生的分子都暴露于激光,巨大的频率变化之间的相关与能量变化高度分子的振动状态,其最可能的振动状态。

“低能激光的吸收之后,在高能激光发射,失去了所有现有的振动能量的分子。通过这种方法,麻省理工学院的研究人员成功能够降低分子的最低振动和旋转。在温度方面,我们吸7500开尔文,就像这样,”Zwierlein补充道。

在实验中表现过去,科罗拉多团队注意到,超冷铷钾分子有一定的劣势。这些分子在化学反应,在与其他分子的影响。之后,团队在光限制了分子晶体来防止这类化学反应的发生。

麻省理工学院的研究人员选择了产生超冷分子的钠钾不仅因为这个分子的化学稳定性,但能抵抗活性分子的碰撞。在实验过程中,团队发现他们的分子气体是相对稳定的,长寿命,它持续了大约2.5秒。

由原子冷却到接近绝对零度的温度,然后形成分子,团队能够产生一个超冷气体的分子比可能会通过很多次冷直接冷却方法。

“当两个钾铷分子碰撞,更积极有利的两个钾原子和两个铷原子配对。结果与我们的分子,钾钠,反应不是大力支持。它不会发生。如果分子在化学上是被动的,他们根本没有时间学习一个散装样品:他们衰变前就被冷却进一步观察有趣的国家。在我们的例子中,我们希望我们的寿命足够长看到这些新物质的状态,”Zwierlein说。

根据Zwierlein说,“实现不寻常的物态,分子需要进一步冷却,冻结他们。”

“现在我们在500毫微开尔文,这已经是了不起的,我们喜欢它。冷10倍左右,音乐开始响起,“他总结道。