Moleküle erreichen kälteste Temperatur jemals

Physiker haben Moleküle, nur ein klein wenig mehr über dem absoluten Nullpunkt gekühlt – kälter als das Nachglühen des Urknalls.

Wissenschaftler haben diese Superchilled Atome geschaffen, das sind die kältesten Moleküle (die zwei oder mehr Atome chemisch verbunden sind) jemals geschaffen, sagte der Wissenschaftler. Der Erfolg könnte die verrückte Physik bei atemberaubend Kälte vermutet aufdecken.

Bei normalen täglichen Temperaturen, Atome und Moleküle sausen mit superschnellen Geschwindigkeit um uns herum krachen sogar ineinander. Doch geschehen seltsame Dinge, wenn Materie extrem kalt wird. Und Physiker hatte gedacht, diese Partikel würde aufhören zu komprimieren und als Einzelpersonen kollidieren, und stattdessen als einen einzigen Körper Verhalten würde. Das Ergebnis wurde gedacht, um exotische Zustände der Materie, die nie zuvor beobachtet werden. [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

Zur Erkundung dieser kalten Szenario abgekühlt ein Team am MIT, unter der Leitung von Physiker Martin Zwierlein, ein Natrium-Kalium-Gas mit Hilfe von Lasern, um die Energie der einzelnen Gasmoleküle zu zerstreuen. Sie gekühlt die Gasmoleküle Temperaturen so niedrig wie 500 Nanokelvins — nur 500-Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (minus 459,67 Grad Fahrenheit oder minus 273,15 Grad Celsius). Das ist mehr als eine Million Mal kälter als interstellaren Raum. (Die Dichte des Gases in ihrem Experiment war so klein, dass es in den meisten Orten in der Nähe von Vacuum qualifizieren würde.)

Sie fanden, dass die Moleküle recht stabil waren und eher nicht mit anderen Molekülen um sie herum reagieren. Sie fanden auch die Moleküle zeigte starke Dipolmomente, sind die Verteilung der elektrischen Ladungen in einem Molekül, die regieren, wie sie anziehen oder abstoßen anderen Molekülen.

Natrium und Kalium in der Regel bilden keine Verbindungen – beide sind positiv geladen, so dass sie in der Regel gegenseitig abstoßen, und Elemente wie Chlor, wodurch Kochsalz (NaCl) oder Kaliumchlorid (KCl) angezogen werden. MIT Teams verwendet Verdunstung und dann Laser, um die Wolken der einzelnen Atome zu kühlen. Sie beantragte daraufhin ein Magnetfeld um sie zu Form-Natrium-Kalium-Moleküle zusammenhalten.

Als nächstes verwendet sie einen anderen Satz von Lasern ein Natrium-Kalium-Molekül abkühlen lassen. Ein Laser wurde bei einer Frequenz, die das Molekül vibrierenden Ausgangszustand abgestimmt, und andererseits den niedrigsten möglichen Zustand abgestimmt. Die Natrium-Kalium-Molekül absorbiert die niedrigere Energie aus einem Laser und Energie an den höheren Frequenz-Laser emittiert. Das Ergebnis war ein sehr niedrigen Energiezustand und ein extrem kalten Molekül.

Das Molekül war noch nicht so stabil wie alltäglichen Chemikalien, nur 2,5 Sekunden bevor es zerbrach, aber das ist eine lange Zeit, die beim Umgang mit extremen Bedingungen gefällt das. Es ist ein Schritt zur Kühlung der Moleküle weiter, um einige der quantenmechanische Effekte zu sehen, die Theorien vorhersagen. Solche Effekte wurden nachgewiesen, in einzelnen Atom Substanzen wie Helium, aber nie in den Molekülen, die komplizierter sind als sie rotieren und vibrieren. Super-kaltes Helium wird zum Beispiel eine Flüssigkeit mit keine Viskosität – ein suprafluiden. Theoretisch könnten die Moleküle so exotischen Staaten sowie eingeben.

Die Studie wurde in den 22 Mai-Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

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