Ученые впервые «остановили» крупный объект, охладив его до основного состояния
Раньше физики переводили в основное состояние максимум небольшие наночастицы. Теперь ученые смогли провернуть подобное для 10-килограммового объекта. Для этого понадобилась гравитационно-волновая обсерватория
Если вы посмотрите на яблоко на вашем столе, оно будет казаться вам неподвижным, но на самом деле внутри него происходят интенсивные колебания атомов и состоящих из них молекул. Как известно, температура является мерой энергии молекул, а потому она определяет амплитуду внутренних колебаний. Поэтому, если охладить систему из колеблющихся атомов до абсолютного нуля, она станет полностью неподвижной.
Но абсолютный нуль недостижим, поэтому физики довольствуются так называемым основным состоянием. Это минимальное по энергии состояние атомов в системе. Когда множество частиц одновременно удается перевести в основное состояние, они образуют особое квантовое состояние. Если в качестве частиц выступают бозоны, такое состояние материи называется конденсатом Бозе-Эйнштейна.
В новом исследовании ученым удалось создать аналог конденсата для довольно крупного оптомеханического осциллятора весом 10 килограмм. До сих пор такой трюк удавалось проделывать лишь с облаками из атомов или наночастицами. Решив перевести в основное состояние такой массивный объект, физикам потребовалась установка, которая бы смогла с высокой точностью фиксировать движение отдельных атомов в такой крупной структуре. Оказалось, что единственная установка, способная на такое, — гравитационно-волновая обсерватория LIGO.
Используя доплеровское охлаждение, ученые смогли опустить температуру системы до 77 нанокельвинов — очень близко к теоретическому основному состоянию, которое должно быть на уровне 10 нанокельвинов. Учитывая, что до таких температур обычно охлаждают лишь небольшие облака размером в несколько миллионов атомов, удивительно, что у ученых получилось достичь подобного для объекта, состоящего из 1026 атомов.
Работа опубликована в журнале Science.
