Физикам впервые удалось охладить молекулы до околонулевой температуры

Исследователи из Франции и Америки создали новую методику испарительного охлаждения, с помощью которой можно остудить отдельные молекулы до температуры, всего на 5 милликельвинов превышающей значение абсолютного нуля.

Группа физиков под руководством Цзюна Йе (из университета штата Колорадо в городе Боулдер (США) смогла охладить молекулы до температуры в несколько милликельвинов, разработав специальную ловушку, позволяющую удалять наиболее горячие молекулы из сосуда.

Суть этого процесса заключается в том, что в процессе охлаждения самые горячие и подвижные молекулы жидкости отрываются от нее и превращаются в пар.При этом пар необходимо постоянно удалять из сосуда, чтобы пресечь возможное обратное соединение молекул.

Сложность для исследования представлялась в том, что молекулы ведут себя гораздо сложнее, чем атомы, из-за чего ученым ранее не удавалось остудить их до околонулевых температур.

Для выполнения этой задачи ученые создали устройство, которое в состоянии управлять поведением отдельных групп молекул с заданной температурой и энергией. Оно представляет собой набор из нескольких достаточно мощных, но миниатюрных микроволновых излучателей, мощность и направление луча которых можно тонко регулировать.

Таким образом прибор представляет собой молекулярную "ловушку", удерживающая на месте молекулы с низкой энергией и позволяющая испаряться частицам с относительно высокой температурой. Постепенно уменьшая порог температуры, ученые тем самым снижают температуру образца до тех пор, пока она не достигнет околонулевых значений.

Демонстрируя механизм функционирования "ловушки", ученые охладили свыше миллиона молекул гидроксил-радикала до температуры в 5 милликельвинов.

Как отмечают исследователи, дальнейшее совершенствование ловушки позволит им охладить молекулы до температуры в 1 милликельвин или даже ниже. Йе и его коллеги предполагают, что в таком случае ОН-радикалы будут вести себя как единая супермолекула, изучение которой поможет понять, как происходят химические реакции, и как их можно контролировать.

Ранее немецкие физики выяснили, что скорость сворачивания ДНК-оригами зависит от специально подобранного диапазона температур.