Maailma kõige jahedamad molekulid kompasid absoluutse nulli piiri ({{contentCtrl.commentsTotal}})

$content['photos'][0]['caption'.lang::suffix($GLOBALS['category']['lang'])]?>
Autor/allikas: Jose-Luis Olivares/MIT

Eksperimentaafüüsikud on suutnud langetada naatriumist ja kaaliumist koosnevate molekulide temperatuuri avakosmost iseloomustavast temperatuurist enam kui miljon korda madalamale. Maailmarekordi vääriline saavutus võiks aidata paremini mõista keemiliste reaktsioonide kulgu ja erinevaid kvantmehaanikaga seonduvaid nähtusi.

Massachusettsi tehnikainstituudi teadlaste poolt loodud molekulide temperatuur ületas absoluutset nulli, alates millest lakkab igasugune soojusliikumine, vaid 500 nanokelvini võrra. Võrdlusena ei saa universumi algusaegadest pärineva taustkiirguse tõttu isegi ilmaruumi kõige külmemas paigas langeda temperatuur loomulikul teel alla 2,73 kelvini ehk -270,42 °C kraadi. Eelmist rekordihoidjat suudeti lüüa 5000 korda.

Samas ei kasutanud saavutuse taga olnud töörühm ka päris tüüpilisi molekule. Martin Zwierlein alustas kolleegidega vastavalt kaaliumi ja naatriumi aatomitest koosnevatest pilvedega, mille temperatuuri langetati tavapärase aatomite jahutamiseks kasutatava tehnikatega – aurustumise teel ja laserite ning magnetväljade abil.

Neutraalsed aatomid astuvad tavaliselt valgusosakestega vastastikmõjju vaid selle kindlatel sagedustel. Ent juhul, kui need lendavad valgusallika suunas, paistab valgus Doppleri efekti tõttu aatomite jaoks olevat kõrgema lainesagedusega kui laseri poolt kiiratu. Vahe võib olla piisav, et aatomid valgusosakesi neelaks ja seejärel juhuslikku suunda valguskvandi kiirgaks. Selle käigus kaotavad aatomid osa oma siseenergiast ja jahtub. Laseri lainepikkust samm-sammult muutes on võimalik aatomite temperatuuri viia alla ühe nanokelvini.

Temperatuuri veelgi madalamale viimiseks võttis MIT töörühm appi magnetväljad. Samuti moodustati nende abil kaaliumist ja naatriumist n-ö kohevad molekulid, mille positiivselt laetud koostisosad olid üksteisega seotud vaid nõrgalt. Sideme tugevdamiseks ja stabiilsema molekuli loomiseks kasutas Zwierlein kahte laserit.

Üks kiirgas valgusosakesi, mille energia oli täpselt võrdne molekuli algse võnkumisenergiaga, teine aga minimaalse võimalikuga. Molekulid neelasid madalama energiaga valgust, et siis seda taas kõrgemal sagedusel kiirata, millega vabanesid ka oma võnkumisenergiast. Töörühm leidis, et molekulide eluiga oli keskmiselt 2,5 sekundit, mis on protseduuri keerukust arvestades siiski küllaltki pikk aeg.

Zwierlein loodab kolleegidega, et molekule veelgi jahutades hakkavad endast märku andma kvantmaailma iseloomustavad veidrused, mida on seni täheldatud aatomeid uurides. Näiteks muutub heelium madalatel temperatuuridel ülivoolavaks – vedelikuks, millel puudub viskoossus. Teoreetikud ennustavad, et sarnast käitumist võiks näha ka molekulide puhul.

Uurimus ilmus ajakirjas Physical Review Letters.

Toimetaja: Jaan-Juhan Oidermaa

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: