W nowym badaniu fizycy z Centrum Nauki i Technologii Kwantowej w Monachium sprowadzili molekułę (NaK)2 do temperatury 134 nanokelwinów (miliardowych części kelwina). To pierwszy raz, kiedy udało się schłodzić do tego poziomu cząsteczkę złożoną z czterech atomów. Jest to trzy tysiące razy niższa temperatura, od tych, jakie osiągano do tej pory, w przypadku układów o podobnej złożoności.
Od razu podkreślę, że nie jest to ogólny rekord niskich temperatur. Naukowcy już wiele lat temu pokazali, że przy pomocy laserów, pułapek magnetycznych i innych zaawansowanych metod są w stanie sprowadzić atom do zaledwie bilionowych części stopnia powyżej zera absolutnego (np. w 2015 roku schłodzono atom rubidu do 50 pikokelwinów). Jednak wykręcenie podobnego wyniku dla bardziej złożonych, wieloatomowych struktur okazuje się nieporównywalnie trudniejsze i wymaga nieco więcej zachodu.
Grupa badawcza kierowana przez Xinyu Luo, nawet nie próbowała chłodzić czteroatomowej cząsteczki w całości. Zamiast tego fizycy zaczęli od obniżenia temperatury prostszych, dwuatomowych cząsteczek NaK, do czego wystarczyły konwencjonalne metody, używane w przypadku pojedynczych atomów. Taki zbiór molekuł o temperaturze około 50 nanokelwinów następnie pobudzono leciutko mikrofalami (dokładniej rzecz biorąc, zmianami polaryzacji mikrofal), doprowadzając do scalania w większe cząsteczki (NaK)2. Reakcja podniosła ostatecznie temperaturę do 134 nanokelwinów – jednak i tak jest to absolutny rekord w swojej kategorii.
Dzięki wydajnej elektroasocjacji w zdegenerowanym gazie Fermiego cząsteczek dwuatomowych stworzyliśmy gaz tetramerów połączonych z polem w niespotykanie niskiej temperaturze. Według naszej wiedzy słabo związane cząsteczki (NaK)2 są ponad 3000 razy zimniejsze niż jakiekolwiek inne czteroatomowe cząsteczki wyprodukowane do tej pory. (…) Nasze wyniki oferują ogólne podejście do składania słabo związanych ultrazimnych cząsteczek wieloatomowych i otwierają możliwości badania kilku kwantowych zjawisk.
Z artykułu Ultracold field-linked tetratomic molecules
Mimo że pojedyncze atomy potrafimy zbliżyć znacznie bardziej do zera absolutnego, samodzielnie dają one ograniczone możliwości badawcze. Większe cząsteczki oferują wgląd w zdecydowanie bardziej zaawansowane procesy i zjawiska kwantowe, jak chociażby kondensacja Bosego-Einsteina, czy efekty towarzyszące nadciekłości lub nadprzewodnictwu. Na to też liczą fizycy z Monachium.
Oryginalna publikacja Ultracold field-linked tetratomic molecules wylądowała 31 stycznia w Nature.
