Физики обманули инертность ультрахолодных атомов

Новый способ инициации химических реакций в облаке ультрахолодных атомов обнаружили специалисты американского института JILA. Приложение даже слабого электрического поля значительно увеличило скорость образования новых молекул.
Ранее эти же учёные открыли, что при температурах, близких к абсолютному нулю, молекулы ведут себя как волны, а не как частицы, а химические реакции происходят при наложении этих волн. 

В нынешнем эксперименте реагировали пары ультрахолодных молекул, состоящих из атомов рубидия и калия каждая. Они полярные (рубидиевая половина имеет положительный заряд, а калиевая — отрицательный), и потому реагируют на электрическое поле.

Учёные решили выяснить, как оно влияет на реакции между молекулами. В своей статье в Nature авторы пишут, что даже слабые поля ускорили реакции до 30 раз. Ультрахолодный газ при этом находился в трёхмерной ловушке в форме блина, образованной двумя горизонтальными инфракрасными лазерными лучами. Электрическое поле проходило вертикально через центр ловушки.

Физики выяснили, что скорость реакции зависит от положения и ориентации, угла подхода молекул друг к другу. С увеличением количества реакций газ нагревается: частицы сбегают из центра ловушки, где газ плотнее и холоднее. Чтобы понизить реакционную способность и разогрев молекул (а значит, удлинить время для экспериментов), необходимо усложнить ловушку, например сделать её в виде колонны из "блинов".

Вверху: отсутствие электрического поля не позволяет молекулам сойтись ни при каких условиях – им сложно преодолеть существующий энергетический барьер.

Внизу: молекулы, подходящие друг к другу по принципу "голова к хвосту" и расположенные параллельно линиям электрического поля, прореагируют. Тем же, что перпендикулярны линиям и сходятся боками, сделать это будет ещё сложнее, чем в отсутствие поля (иллюстрация Brian Neyenhuis/JILA).

Управление реакциями позволит учёным создать молекулы, подходящие для практического применения. Например, платформу для квантового исчисления, где ультрахолодные атомы будут хранить и обмениваться данными, или сверхтекучие жидкости (superfluid).

Кстати, нейтральный ультрахолодный газ обманывают не впервые: для него уже создавали заменитель магнитного поля и аналог чёрной дыры.

Источник: PhysOrg.com