فیزیکدانان توانستند به یکی از سردترین دماهای مولکولی دست پیدا کنند

با توجه به مطالعه جدید منتشر شده در مجله Nature Physics، تیمی از دانشگاه امپریال کالج لندن توانستند مولکول¬ها را تا 5 میلیونی¬ام بالای صفر مطلق سرد کنند

کد خبر: ۶۰۷۰۱۲

تاریخ انتشار: ۱۳ آگوست ۲۰۱۷

با توجه به مطالعه جدید منتشر شده در مجله Nature Physics، تیمی از دانشگاه امپریال کالج لندن توانستند مولکول­ها را تا ۵ میلیونی­وم بالای صفر مطلق سرد کنند، این دما نزدیک به رکورد کمترین فشار برای سردترین مولکول­های روی زمین و شاید در کل جهان است. به نظر نمی­رسد این دما سردترین دمای مولکولی باشد که به آن دست یافته شده است- قبلاً توسط تیمی در دانشکاه MIT ثبت شده بود- اما این بار از روش عجیب دو­ مرحله‌­ای استفاده شده که دریچه­‌ای از دنیای احتمالات را برای تلاش‌های بعدی به روی محققان دیگر می‌­گشاید.

زمانی که اتم­‌ها حرکت می‌­کنند یا می‌­لرزند، این بدان معناست که به صورت انرژیکی برانگیخته شده‌­اند و به صورت پیش‌فرض “گرم­تر” هستند. برای سرد کردن آن‌­ها نیاز است تا از حرکت باز ایستند. به طور معمول، این­کار با سرد کردن محیط اتفاق می‌افتد، ولی این روش، تنها راه خوبی برای ساختن یخ­‌های مکعبی است! و برای نزدیک­ کردن دما به صفر مطلق به هیچ­‌وجه موثر نخواهد بود.

اثر دوپلر و سرد کردن مولکوها

سردترین دمای اتمی دست یافته شده بر روی کره زمین ۰.۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۵ درجه کلوین است، که به شکل شگفت‌­آوری نزدیک به دمای صفر مطلق است. این دستاورد با استفاده از اثر دوپلر بدست آمده است، همان پدیده­‌ای که باعث شنیدن صدایی عجیب هنگام عبور از کنار یک منبع صوتی مانند آژیر خطر است، که این پدیده به لطف فشردگی امواج صوتی اتفاق می­‌افتد.

اثر دوپلر همچنین برای امواج نوری مورد استفاده قرار می‌­گیرد. اگر یک اتم از خود نوری ساطع کند، و هم‌زمان به طرف بیننده حرکت کند، بر اساس تجربیات، به سمت قسمت آبی طیف نوری (فرکانس بالا) تمایل پیدا می­‌کند. اگر این موج نوری از شخص بیننده دور شود، به سمت فرکانس­‌های پایین در طیف نوری متمایل می­‌شود.

این همچنین بدان معناست که، در فرکانس درست، اتم متحرک در پرتو نوری به سمت ناحیه آبی طیف نوری تغییر فرکانس داده، توسط انرژی برانگیخته می‌­شود و از خود فوتون نوری در جهت تصادفی ساطع می‌­کند. با توجه به نتیجه اثر دوپلر، کم‌کم انرژی جنبشی خود را از داده، آرام شده و سرد می­‌شود.

همان‌طور که قبلاً گفته شد، تنها کافی است یک اتم را تا ۵۰ تریلیون درجه کلوین سرد کرد، چیزی که به حد دوپلر شناخته می‌شود. تیمی از دانشگاه امپریال کالج لندن می‌­خواهند در مورد چگونگی سرد کردن مولکول‌­های فردی بدانند، البته بحث درباره غیر از مولکول‌­ها به صورت فردی کمی سخت خواهد بود.

این تیم در “مرکز سرد کردن ماده” کار خود را انجام دادند و مولکول‌­های کلسیم مونوفلوئوراید را برای کار خود برگزیدند. آن­‌ها کار خود را با استفاده از اثر دوپلر برای سرد کردن مولکول­‌ها آغاز کرده و سپس پا را یک قدم فراتر گذاشتند.

سرد کردن سیسفون و اثر اضافی

قصه پادشاه سیسفوس داستانی است در مورد پادشاهی که اصرار داشت تخته سنگی را به بالای تپه‌­ای هل دهند تنها به این خاطر که ببیند خود به خود دوباره به پایین فرود می­آید. این داستان در واقع توضیح فرآیندی است که به سرد کردن سیسفوس شناخته می­شود، در این روش از لیزرهای متعدد برای ایجاد نوعی موج استفاده می­شود که انرژی اتم­ها را با هل دادن آن­ها و با عبور از “قله انرژی” تخلیه می­کند.

با استفاده از این اثر اضافی، اتم­های کلسیم مونو فلوئوراید تا ۵۰ میلیونیوم درجه بالای دمای صفر مطلق خنک می­شوند. در این­باره می­توان گفت، این، یکی از کمترین دماهای مولکولی است که تا به حال به ثبت رسیده است، حتی اگر آن­ها را آنقدر نزدیک به هم در نظر بگیریم که به صورت اتم­های انفرادی سرد می­شوند.

خیلی کم پیش می­آید که دانشمندان از چالشی دست بکشند، جست­­جو برای رسیدن به دمای صفر مطلق یکی از همین چالش­‌هاست. تلاش­‌های بسیار زیادی در این زمینه انجام شده است، اما پس از یک قرن دست‌­و­پنجه نرم‌­کردن با این چالش، مطالعات دانشگاهی نشان داد رسیدن به این کار بزرگ غیر ممکن است.

اگرچه، این بدان معنا نیست که دانشمندان دست از تلاش خود برمی‌­دارند، همین مطالعه بیانگر برداشتن قدم­‌های رو به جلو برای رسیدن به دمای صفر مطلق است. یکی دیگر از مثال­‌های جالب از تلاش دانشمندان برای برچیدن مرزها تا ثابت کنند طبیعت دروغ می­‌گوید.

زمستان اتمی در راه است، در این‌باره شک نکنید.

لینک:

 http://www.iflscience.com/physics/physicists-coldest-molecules-known-science/all/

 

More from سحر احمدوند

فیزیکدانان توانستند به یکی از سردترین دماهای مولکولی دست پیدا کنند

‌ کد خبر: ۶۰۷۰۱۲ تاریخ انتشار: ۱۳ آگوست ۲۰۱۷ با توجه به مطالعه...
مشاهده مطلب

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *