Kondensati Bose -Einstein arrin temperaturë të ulët rekord
Një mënyrë e re për të kontrolluar zgjerimin e materies në një kondensat Bose -Einstein (BEC) ka prodhuar temperaturën më të ftohtë efektive të matur ndonjëherë: 38 pK (10-12 K) mbi zero absolute. Metoda, e cila i lejoi studiuesit në Gjermani dhe Francë të imazhonin evolucionin e kondensatës për më shumë se dy sekonda, hap derën për matje të zgjeruara të konstantës gravitacionale g dhe zmbrapsjes së fotonit, dhe madje mund të ofrojë një mjet alternativ për zbulimin e valëve gravitacionale.
BEC -et janë grumbuj grimcash në të njëjtën gjendje kuantike. Që kur u krijuan për herë të parë në mënyrë eksperimentale në 1995, ata janë bërë një provë për kërkime mbi natyrën kuantike të materies. Një shembull është interferometria materie -valë, e cila është një lloj interferometri që përdor karakterin valor të atomeve. Kur kjo bëhet me BEC-të me rënie të lirë, modeli i ndërhyrjes që rezulton do të varet pjesërisht nga efektet gravitacionale, duke i bërë eksperimente të tilla teste të ndjeshme të proceseve themelore fizike. Sidoqoftë, kur një BEC lëshohet nga kurthi magnetik në të cilin krijohet, ndërveprimet e neveritshme midis grimcave përbërëse të tij shpejt shndërrohen në energji kinetike. Kjo bën që BEC të zgjerohet derisa të bëhet shumë e holluar për ta zbuluar përmes imazhit standard të thithjes, në të cilën një rreze lazer dërgohet përmes kondensatës dhe një aparat fotografik mat sa dritë thithin grimcat.
Për shkak se zgjidhja e interferometrit rritet me katrorin e kohës së rënies së lirë, kufizimi i zgjerimit të kondensatës është vendimtar. Për ta bërë këtë, fizikanët përdorin forca magnetike, optike ose elektrostatike për të përqendruar kondensatën, e ngjashme me mënyrën se si lentet përqendrojnë dritën. Këto të ashtuquajtura metoda të lenteve të lëndës-valë mund të ftohin temperaturën efektive të BEC deri në 50 pK. Sidoqoftë, ato ndikojnë vetëm në temperaturën përgjatë rrezeve të kondensatës, jo në drejtimin boshtor të rënies së tij. Prandaj, edhe me lentet e valës së materies, një BEC në rënie të lirë ende zgjerohet me shpejtësi.
Metoda e re, e cila përshkruhet në Physical Review Letters, e adreson këtë mangësi duke ndryshuar fushën magnetike të përdorur për të kapur kondensatën në një mënyrë që shkakton lëkundjen e formës së tij, duke e transformuar atë nga një top në një elips të hollë. Kondensati pastaj hyn në rënie të lirë kur dimensioni i tij aksial arrin pikën e tij më të hollë, e cila e mban shkallën e zgjerimit aksial sa më të ulët të jetë e mundur. Lentet magnetike kontrollojnë më tej zgjerimin e kondensatës në drejtimet radiale.
Për të testuar teknikën e tyre, studiuesit e udhëhequr nga Ernst Rasel nga Universiteti Leibniz Hannover përdorën kullën prej 110 metrash në Bremen, Gjermani. Ekipi filloi duke krijuar një BEC nga një re prej rreth 100,000 atome rubidium. Këto atome më pas iu nënshtruan një rënie të lirë prej 4.74 sekondash, gjatë së cilës u morën imazhe thithëse në pika të ndryshme. Kur ekipi imazhoi BEC-in e tyre me rënie të lirë pa ndonjë teknikë të lenteve të valës së lëndës, ata zbuluan se kondensata degradohej brenda 160 ms të lëshimit. Duke aplikuar teknikën e tyre, ata arritën një temperaturë rekord të ulët efektive prej 38 pK dhe fotografuan BEC për më shumë se 2 sekonda. “Metodat tona mundësojnë eksperimente të reja ose përmirësojnë shumë ato ekzistuese,” thotë Ernst Rasel, i cili drejtoi kërkimin në IQO.