Suspausta šviesa atšaldo būgnelį žemiau „kvantinės ribos“ - tokia temperatūra iki šiol buvo neįmanoma

Itin žemos temperatūros paprastai pasiekiamos lazeriniu šaldymu, kai itin tvarkinga šviesa slopina šilumines vibracijas, sulėtindama atsitiktinius atomų judesius. Kuo labiau šviesa labiau organizuota, tuo efektyviau ji gali atšaldyti objektus.

Nacionalinio standartų ir technologijų instituto Boulderyje (Kolorado valst.) mokslininkų komandos sukurta technika „suspausta“ šviesa atšaldo atomus labiau, nei įmanoma įprastu lazeriniu šaldymu.

Suspausta šviesa yra labiau organizuota viena konkrečia kryptimi ir mažiau – kitomis. Ji jau buvo naudojama kitiems tikslams, bet šaldymui – niekada. „Šis tyrimas apjungia kelias jau senokai egzistavusias sritis, tad iš teisų stebina, kad niekas nepabandė atlikti šio eksperimento anksčiau,” sako Amir Safavi-Naeini iš Stenfordo universiteto Kalifornijoje, kuris nebuvo susijęs su tyrimu.

Apšviesdami suspausta šviesa ploną aliuminio membraną, primenančią tamburino viršų, Johnas Teufelis su kolegomis ją atšaldė iki ~360 µK, tai yra 10 000 kartų šalčiau , nei kosmoso vakuumas. „Tai daug šalčiau, nei bet kuri natūraliai esanti temperatūra bet kur visatoje,” teigia Teufelis.

Jautrūs jutikliai

Tokios superšaltos sistemos, kaip šis mažytis būgnelis, gali būti panaudotos jautriems ir tiksliems jutikliams, kuriais būtų preciziškai matuojamos jėgos ar pagreičiai, kadangi jais būtų fiksuojamas silpnas atsitiktinis aplinkos triukšmas.

„Jau greitai juo bus pasiektas didžiausias gamtos leidžiamas jautrumas,” pažymi Teufelis. Bet žvelgiant toliau į ateitį, toks šaldymas galėtų įvykdyti perversmą kvantinių skaičiavimų tyrimuose ir tirti kvantų pasaulį.

„Gebėjimas atšaldyti objektus reiškia, kad galima pakeisti jų būseną į norimą,” sako Safavi-Naeini. Tokių sistemų, kaip šis būgnelis, būsenos kontroliavimo tobulinimas didina šansus, kad galėsime pakeisti ją taip, kad bus įmanoma išmatuoti jos kvantines savybes, kurios paprastai būna taikomos tik atskiroms dalelėms.

„Kodėl neregime tokios kvantinės elgsenos savo kasdieniame gyvenime, bet stebime juos vykstant atominiu masteliu?” klausia Teufelis. „Kur yra skiriamoji linija?“ Jis tikisi, kad tokios iki itin žemų temperatūrų atšaldytos sistemos, kaip jo komandos „būgnelis“, galiausiai mums tai parodys.

Leah Crane

Žurnalo nuoroda: Nature, DOI: 10.1038/nature20604