Absolutní nula, čili mínus 273,15 stupňů Celsia, je na první pohled mnohem blíž naší každodenní zkušenosti, nežli opačné teplotní extrémy. Jenže stupnice jsou ošidné a ve skutečnosti s našimi přístroji absolutní nule, která je stejně podle teorie nedosažitelná, blížíme jen nesmírně komplikovaně. Nedávno padl zajímavý rekord v přímém chlazení molekul, o němž informuje čerstvý článek v maximálně prestižním časopisu Nature.
Povedlo se to týmu, který vede Dave DeMille z Yale. Vědci mrazili s využitím laserů a magnetooptických pastí (magneto-optical tramping, MOT), což je už poněkud klasický trik zmrazujících fyziků. Lasery při něm ochlazují částice a zároveň je drží pohromadě, aby experimentátorům nezmizely. Doposud se ale tenhle trik používal jenom u jednotlivých atomů. DeMille to vysvětluje, jako když vhodíme kuličky do mělké misky s medem. Kuličky se zvolna zanoří a nakupí u středu misky. Stejně tak se ultrazmrazené částice nashromáždí v pomyslném medu, který v magnetooptické pasti vytvoří laserové paprsky a magnetická pole.
Co se dařilo s atomy, bylo pro molekuly až do teď nepřekonaným problémem. Komplikované vibrace a rotace atomů v molekulách velmi ztěžují jejich chycení do magnetooptické pasti. DeMilleho tým se ale inspiroval prý poměrně obskurní studií z devadesátých let, která popisuje lapání do magnetooptických pastí za neobvyklých podmínek. Jak je vidět, i fosilní vědecké články mohou být někdy užitečné.
DeMille a spol. si postavili sofistikovanou aparaturu ze spousty drátů, počítačů, zrcadel a také kryogenní jednotky. Zapojili do ní tucet laserů, přičemž vlnovou délku paprsku každého z nich nastavili s přesností na devět desetinných míst. Vědci si své zařízení pochvalují jako učebnicový příklad futuristicky vyhlížejícího vysoce organizovaného chaosu. Funguje to tak, že z kryogenní komory vystřelují mrazené molekuly, které jsou pak zpomalovány laserovými pulsy. Prý jako když chcete vrženou kouli při bowlingu zastavit pingpongovými míčky. Musíte jich hodit hodně a musíte je házet hodně rychle. Když to zvládnete, tak molekuly nakonec uvíznou v magnetooptické pasti.
Výsledkem snažení DeMilleho týmu je rekordní teplota molekul, pouhých 2,5 tisíciny stupně nad absolutní nulou. Upřímně řečeno, vědci si prozíravě vybrali tak jednoduché molekuly, že se od atomů vlastně zase tolik neliší. Použili látku, kterou můžeme nazvat řekněme monofluorid stroncia (anglicky strontium monofluoride), jejíž vzorec je SrF. Na první pohled není úplně normální a také moc neladí s klasickým názvoslovím anorganické chemie. K podobným hrátkám se využívá kvůli elegantně jednoduché diatomové struktuře. Dva atomy, tedy jedenkrát stroncium a jedenkrát fluor dohromady rozverně obíhá pouze jediný elektron. Pro začátek fajn, DeMille a spol. si podle všeho věří i na další, komplikovanější molekuly.
Rekordní zchlazení monofluoridu stroncia otevírá dveře pro další výzkumné projekty, od kvantové chemie až po testování teorií v částicové fyzice. Koho by nezajímalo, jak fungují chemické reakce poblíž absolutní nuly. Jak se říká mezi fyziky absolutní nuly: „Regular matter is pretty cool, but ultra-cold matter is cooler.“ Brzy se jistě dozvíme víc.
David DeMille , "Laser cooling and slowing of diatomic molecule". Kredit: ITAMPhysics.
NAVAIR FLight Crew: Atomic Magneto-Optical Trapping Lab. Kredit: NAVAIRSYSCOM.
Literatura
Yale News 20. 8. 2014, Nature 512: 286-289, Wikipedia (Magneto-optical trap).
Diskuze:
