เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย ภาพถ่ายการตั้งค่าออปติคัลที่ใช้ในการทดลองโดยแสดงเลนส์ต่างๆ ที่อาบด้วยแสงสีเขียวและสีแดง หยุดแสงสีแดง: การทดลองใช้ความถี่แสงหลายความถี่เพื่อทำให้อะตอม CaOH เย็นลงเหลือเศษขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ นักฟิสิกส์ในสหรัฐอเมริกาได้สร้างโมเลกุล polyatomic ที่เย็นจัดโดยการดักจับและทำให้เย็นลงในสามมิติโดยตรง นำโดยJohn Doyleจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด
ทีมงานใช้อุปกรณ์มาตรฐานที่เรียกว่ากับดักแม่เหล็ก
(MOT) รวมทั้งเทคนิคการทำความเย็นด้วยเลเซอร์เพิ่มเติม เพื่อลดอุณหภูมิของตัวอย่างโมเลกุลแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (CaOH) ให้เหลือเพียง 110 µ K ผลลัพธ์ที่ได้จะเปิดประตูสู่การทดลองในการจำลองควอนตัมตามโมเลกุลและการศึกษาปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลหลายอะตอมด้วยการแสดงให้เห็นว่าการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์โดยตรงเป็นไปได้
ปฏิกิริยาเคมีเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับ 0 K ความซับซ้อนของพวกมันจะลดลงอย่างมาก เนื่องจากอะตอมและโมเลกุลที่เกี่ยวข้องสามารถมีอยู่ในสถานะพื้นควอนตัมที่มีพลังงานต่ำสุดเท่านั้น จนถึงตอนนี้ การศึกษาเคมีเย็นจัดได้เน้นที่ปฏิกิริยาง่ายๆ ระหว่างอะตอมและโมเลกุลไดอะตอมมิก หรือระหว่างคู่ของโมเลกุลไดอะตอมมิก การแนะนำโมเลกุล polyatomic ให้กับส่วนผสมนี้จะทำให้สามารถศึกษาปฏิสัมพันธ์ที่สลับซับซ้อนมากขึ้น แต่ยังทำให้เกิดความท้าทายเพิ่มเติม เนื่องจากโมเลกุลของ polyatomic นั้นไม่สามารถทำให้เย็นลงได้ง่าย
การสร้างโมเลกุลที่เย็นจัด
โดยทั่วไปแล้วโมเลกุลของ Ultracold จะถูกสร้างขึ้นด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธี อย่างแรกคือการใช้พัลส์เลเซอร์กับตัวอย่างของอะตอมที่เย็นจัดและด้วยเหตุนี้จึงทำให้พวกมันเชื่อมโยงกับโมเลกุลที่เย็นจัด นักวิจัยได้ใช้วิธีการเชื่อมโยงด้วยเลเซอร์นี้กับอะตอมหลายชนิด และการทดลองเมื่อเร็วๆ นี้พบว่าสามารถใช้เพื่อสร้างโมเลกุลไตรอะตอมจากไดอะตอมมิกได้ วิธีที่สองคือการผลิตโมเลกุลด้วยวิธีทางเคมีในลำแสงบัฟเฟอร์แก๊สที่ระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิที่เย็นจัด จากนั้นใช้เลเซอร์เพื่อทำให้โมเลกุลเย็นลงต่อไป
การระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ได้ถูกนำไปใช้กับโมเลกุลไดอะตอมมิกในแบบ 3 มิติและโมเลกุลไตรอะตอมใน 1 มิติเรียบร้อยแล้ว อย่างไรก็ตาม การบรรลุการควบคุม 3 มิติเหนือโมเลกุลไตรอะตอมนั้นยากกว่ามาก เนื่องจากโมเลกุลจะต้องดูดซับและปล่อยโฟตอนเลเซอร์จำนวนมาก ก่อนที่โมเมนตัมจะ “เตะ” สะสมจากโฟตอนแต่ละโฟตอนจะช้าลงจนสามารถดักจับได้ เหตุการณ์การดูดกลืนและการปล่อยก๊าซแต่ละครั้งยังสามารถกระตุ้นการเคลื่อนที่แบบหมุนหรือแบบสั่นสะเทือน ทำให้โมเลกุลอยู่ในสถานะควอนตัมใหม่ที่ไม่สะท้อนกับลำแสงเลเซอร์ทำความเย็นอีกต่อไป ด้วยเหตุนี้ จึงต้องใช้ความถี่เลเซอร์เพิ่มเติมเพื่อ “สูบฉีด” โมเลกุลกลับคืนสู่สถานะที่ถูกต้อง ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่เพิ่มความซับซ้อนของการทดลองอย่างรวดเร็ว
อย่างไรก็ตาม โมเลกุลบางตัว เช่น SrF และ CaOH มีทรานสิชั่นทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เกือบจะปิด ซึ่งหมายความว่าโหมดการหมุนและการสั่นสะเทือนของพวกมันจะตื่นเต้นไม่บ่อยนัก โมเลกุลเหล่านี้จึงสามารถทำให้เย็นลงด้วยเลเซอร์ได้โดยการเพิ่มเลเซอร์ทำซ้ำจำนวนจำกัดเพื่อปิดการเปลี่ยนภาพที่เหลือ
ขั้นตอนการทำความเย็น
ในการศึกษาปัจจุบัน ซึ่งอธิบายไว้ในธรรมชาติDoyleและเพื่อนร่วมงานได้เริ่มต้นโดยการผลิตโมเลกุล CaOH ในเซลล์แก๊สบัฟเฟอร์แบบสองขั้นตอนที่เย็นลงประมาณ 2 K จากนั้นโมเลกุล CaOH จะถูกทำให้ช้าลงเหลือประมาณ 10 m/s โดยเลเซอร์ที่ต่อต้านการแพร่กระจาย คานก่อนเข้า มอ. พวกมันจะถูกดักจับและทำให้เย็นลงพร้อม ๆ กันในขณะที่พวกมันกระจายโฟตอนหลายพันโฟตอนจากลำแสงเลเซอร์หกลำที่ปรับเข้าหรือออกจากเรโซแนนซ์ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโมเลกุลในสนามแม่เหล็กสี่ส่วน ในขั้นสุดท้าย นักวิจัยได้ปิดสนามแม่เหล็กและทำการระบายความร้อนให้กับโมเลกุลเพิ่มเติมผ่านเฟสที่เรียกว่า “กากน้ำตาลออปติคัล” ในระยะนี้ โมเลกุลที่เย็นลงจะสัมผัสกับแรงที่ทำให้การเคลื่อนที่ของพวกมันช้าลงในแบบ 3 มิติ เหมือนกับคนที่กำลังลุยถังกากน้ำตาลหรือของเหลวหนืดอื่นๆ
โมเลกุลไดอะตอมมิก และโมเลกุลไตรอะตอม (แสดงด้วยหยดสีต่างๆ มารวมกัน) ที่ลอยอยู่ในอวกาศและอาบด้วยคลื่นความถี่วิทยุ โมเลกุลไตรอะตอมที่เย็นจัดเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงพรมแดนใหม่สำหรับปัญหาสามตัว
Doyle กล่าวว่าความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดในการเปลี่ยนจากการทำความเย็นด้วยเลเซอร์ 1D เป็น 3D คือการปรับแหล่งที่มาของลำแสงที่ช้าลงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตโมเลกุลและความเร็วของพวกมัน ดอยล์เสริมว่าตัวอย่างโมเลกุล CaOH ของทีมเขาอยู่ในสถานะกราวด์อิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้นจึงคล้อยตามการควบคุมสถานะควอนตัมเดี่ยว (ในสถานะการหมุนหรือการสั่นสะเทือนใดๆ) เขากล่าวว่าข้อดีอีกประการหนึ่งคือสามารถตรวจพบ CaOH ได้ด้วยความเที่ยงตรงสูงโดยใช้วิธีการปั่นจักรยานโฟตอนแบบดั้งเดิม ซึ่งโฟตอนหลายพันตัวกระจัดกระจายจากแต่ละโมเลกุลและตรวจพบในกล้อง
ก้าวสำคัญในเคมีเย็นจัด Bo Zhaoนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยครั้งนี้ กล่าวว่าส่วนที่สำคัญที่สุดของงานนี้คือการที่นักวิจัยจำกัดโมเลกุลไตรอะตอมไว้ในกับดักแม่เหล็กแบบ 3 มิติ เขากล่าวว่านี่เป็นก้าวสำคัญเพราะมันทำให้สามารถศึกษาการชนกันของน้ำแข็งและปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุล polyatomic
มากกว่าที่จะเป็นเพียงแค่ไดอะตอมมิกซึ่งช่วยเพิ่มคุณค่าให้กับสาขาเคมีที่เย็นจัด นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากการศึกษาการชนและปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุล polyatomic ที่เย็นนั้นยากมากแม้แต่ในการทดลองลำแสงโมเลกุล เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย
