 |
| Η ανακάλυψη μπορεί να βρει εφαρμογές σε υπεραγωγούς και μπαταρίες |
Με δημοσίευση της στην επιθεώρηση «Nature» διεθνής ερευνητική ομάδα περιγράφει τη δημιουργία ενός νέου μορίου τεσσάρων ατόμων το οποίο έχει τη χαμηλότερη θερμοκρασία που γνωρίζουμε στον κόσμο των μορίων. Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα μόριο νατρίου-καλίου με έναν εξαιρετικά μακρύ χημικό δεσμό που έχει θερμοκρασία 134 νανοκέλβιν, ή μόλις 134 δισεκατομμυριοστά του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν (- 273.15 βαθμοί Κλεσίου) την κατάσταση όπου δεν υπάρχει πια καμία θερμότητα και καμία κίνηση στην ύλη.
Τα υπερψυχρά συστήματα είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της κβαντικής συμπεριφοράς επειδή η κβαντική μηχανική, οι κανόνες που διέπουν τα υποατομικά σωματίδια, κυριαρχούν σε χαμηλές θερμοκρασίες.
Αυτές οι ρυθμίσεις επιτρέπουν επίσης στους επιστήμονες να ελέγχουν με ακρίβεια την ενέργεια των σωματιδίων για να δημιουργήσουν κβαντικές προσομοιώσεις, οι οποίες μοντελοποιούν άλλα κβαντικά συστήματα με φυσική που δεν κατανοούμε πλήρως. Για παράδειγμα, η μελέτη της κβαντικής συμπεριφοράς σε ένα σύστημα υπέρψυχρων μορίων θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να εντοπίσουν τις ιδιότητες του υλικού που απαιτούνται σε υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας.Το πρόβλημα είναι ότι υπάρχει μια εγγενής αντιστάθμιση: ένα υπερψυχρό σύστημα που είναι πολύ απλό μπορεί να μην αποτυπώσει την πλήρη σειρά συμπεριφοράς σε πολύπλοκα κβαντικά συστήματα. Αν όμως προστεθεί περισσότερη πολυπλοκότητα στον σχεδιασμό ενός πειράματος αυτό γίνεται ανάλογα πιο δύσκολο να πραγματοποιηθεί.
«Συνήθως οι άνθρωποι χρησιμοποιούν άτομα ή ιόντα και αυτό που τα κάνει κάπως ελεγχόμενα είναι το γεγονός ότι έχετε έναν σχετικά περιορισμένο αριθμό κβαντικών καταστάσεων. Αλλά αν σχεδιάσω όλες τις κβαντικές καταστάσεις ενός μορίου θα γεμίσει ένα αρκετά χοντρό βιβλίο. Είναι ένας παράγοντας ενός εκατομμυρίου ή και παραπάνω από ενδεχόμενες καταστάσεις» λέει Ρομάν Μπάους, ερευνητής κβαντικής οπτικής στο Πανεπιστήμιο του Γκρόνιγκεν στην Ολλανδία. Όλες αυτές οι πρόσθετες κβαντικές καταστάσεις ανοίγουν πιο ενδιαφέροντα κβαντικά ερωτήματα αλλά καθιστούν δύσκολη και την ψύξη των μορίων.
Η ιδέα
Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα οι ερευνητές πραγματοποίησαν μια διαδικασία ψύξης πολλαπλών σταδίων ξεκινώντας με ψύξη με λέιζερ για να δημιουργήσουν τα μόρια που έσπασαν το ρεκόρ. Αυτή η μέθοδος ψύξης χρησιμοποιεί ακτίνες λέιζερ που εκτοξεύονται από όλες τις κατευθύνσεις σε ένα κινούμενο άτομο. Το άτομο απορροφά το φως και εισέρχεται σε διεγερμένη κβαντική κατάσταση, στη συνέχεια απελευθερώνει αμέσως ενέργεια για να επιστρέψει στη βασική του κατάσταση. Όμως, λόγω του τρόπου με τον οποίο το άτομο κινείται σε σχέση με τις ακτίνες λέιζερ (γνωστό ως φαινόμενο Doppler), το άτομο απελευθερώνει λίγο περισσότερη ενέργεια από ό,τι απορροφά, ψύχοντας τον εαυτό του.
«Το πρόβλημα με τη χρήση αυτής της τεχνικής για μόρια είναι ότι δεν υπάρχει μόνο μία βασική κατάσταση. Θα χρειαζόσουν ενδεχομένως χιλιάδες ακτίνες λέιζερ και είναι απλώς υπερβολική τεχνική προσπάθεια» λέει ο Μπάους. Ωστόσο, τα υπερψυχρά άτομα είναι ένα εξαιρετικό σημείο εκκίνησης για τη δημιουργία υπερψυχών μορίων. Χρησιμοποιώντας ένα μείγμα υπερψυχρού ατόμων νατρίου και καλίου η ερευνητική ομάδα συσχέτισε ασθενώς αυτά τα μεμονωμένα σωματίδια σε διατομικά μόρια NaK με μια τεχνική που ονομάζεται εξατμιστική ψύξη.
Τα νέα ευρήματα είναι συναρπαστικά γιατί «θα μας φέρουν τελικά σε ενδιαφέροντα μέρη όπου επί του παρόντος δεν γνωρίζουμε έστω θεωρητικά κάποια πράγματα για αυτά. Μπορούμε να αποκτήσουμε σημαντικές πληροφορίες για υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας και υλικά για καλύτερες μπαταρίες λιθίου για παράδειγμα» λέει ο Μπάους.
