به گزارش سیناپرس، هنگامی که یک گاز بسیار رقیق شده تا دمای بسیار پایین خنک می شود، خواص عجیب و غریب آن آشکار می شود. بنابراین، برخی از گازها می توانند اصطلاحا میعان بوز-انیشتین را تشکیل دهند، نوعی ماده که در آن همه اتم ها به طور هماهنگ حرکت می کنند.
مثال دیگر از چنین ساختارهایی، ابر جامد است، حالتی که در آن ماده مانند یک سیال بدون اصطکاک با ساختار تناوبی رفتار می کند. فیزیکدانان انتظار دارند هنگام خنک کردن گازهای متشکل از مولکول های قطبی، اشکال متنوع و آشکاری از ماده کوانتومی را پیدا کنند. آن ها با توزیع نابرابر بار الکتریکی مشخص می شوند و برخلاف اتم های آزاد، می توانند بچرخند، ارتعاش کنند و یکدیگر را جذب یا دفع کنند.
با این حال، خنک کردن گازهای مولکولی تا دماهای بسیار پایین دشوار است. اما اکنون تیمی از محققان در موسسه اپتیک کوانتومی ماکس پلانک (MPQ) در گارچینگ آلمان، راهی ساده و موثر را برای غلبه بر این مانع پیدا کرده اند، راهی که بر اساس یک میدان چرخشی از امواج مایکروویو است.
در این پژوهش، محققان برای آزمایش‌های خود گازی از مولکول‌های سدیم پتاسیم (NaK) را مورد استفاده قرار دادند که توسط نور لیزر در یک تله نوری محبوس شده بود. آن ها برای خنک کردن این گاز، بر روشی تکیه کردند که مدت‌هاست برای خنک کردن اتم‌های غیرمحدود مؤثر بوده است: روشی به نام خنک‌سازی تبخیری. به گزارش سیناپرس، به گفته محققان، این روش مشابه یک فرآیند بسیار آشنا عمل می‌کند، همان فرایندی که باعث می‌شود یک فنجان قهوه داغ خنک شود.
در قهوه، مولکول های آب دائما با هم برخورد می کنند و در نتیجه بخش هایی از انرژی جنبشی خود را مبادله می کنند. اگر دو مولکول بسیار پرانرژی با هم برخورد کنند، یکی از آن ها می تواند آن قدر سریع شود که از قهوه فرار کند و از این طریق، بخار از فنجان خارج می شود.به گزارش سیناپرس، اما مولکول دیگر با انرژی کمتری باقی می ماند. به این ترتیب قهوه به تدریج خنک می شود.
به همین ترتیب، یک گاز را می توان تا چند نانوکلوین یعنی یک میلیاردم درجه بالای صفر مطلق در دمای منفی 273.15 درجه سانتیگراد خنک کرد. محققان ضمنا برای جلوگیری از چسبیدن مولکول های گاز به هم در این فرایند، از یک میدان الکترومغناطیسی مایکروویو که به عنوان سپر انرژی برای مولکول ها عمل می کند استفاده کردند.
به گفته آن ها، این میدان باعث می شود که مولکول ها با فرکانس بالاتری بچرخند. اگر دو مولکول بیش از حد به یکدیگر نزدیک شوند، می توانند انرژی جنبشی را مبادله کنند، اما در عین حال خود را به گونه ای تراز می کنند که یکدیگر را دفع می کنند و دوباره به سرعت از هم جدا می شوند.
به گزارش سیناپرس،این یافته های جالب که پایه های ارزشمندی را برای مطالعه بهتر مواد کوانتومی فراهم می آورند، در نشریه Nature منتشر شده اند.
ترجمه: رها امیدوار