Как ученые останавливают атомы и какое отношение к этому имеют лазеры
Любое тело состоит из атомов или молекул. Атомы находятся в постоянном движении, интенсивность которого определяется температурой тела: чем выше температура, тем быстрее движутся атомы внутри тела. Этот факт объясняет процессы плавления твердых тел (с ростом температуры связи между атомами рвутся и твердое тело превращается в жидкость) и испарения жидкостей (повышение температуры приводит к тому, что молекулы жидкости улетучиваются в газовую фазу).
Из всего сказанного следует, что температура является мерой энергии атомов и молекул. Это значит, что если охладить вещество до минимальной температуры — абсолютного нуля — атомы в нем полностью остановятся, перестав совершать какие-либо колебания или вращения. На сегодняшний день ученым удалось вплотную приблизиться к этой недостижимой на практике величине: физики научились охлаждать вещество до температур, всего на несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. Но как они это делают и что при этом наблюдается?
Чтобы понизить температуру, надо замедлить атомы. Лучший способ сделать это, как ни странно, использовать лазеры. Внутри камеры исследователи удерживают облако атомов магнитным полем в центре. На него направляют лазерные лучи. Атомы в облаке движутся в одном направлении, а фотоны лазеров идут им навстречу, заставляя терять скорость. Это похоже на попытку идти против ветра. В конечном итоге ветер (поток фотонов) становится настолько сильным, что практически полностью останавливает атомы.
Таким охлажденным до предельно низких температур атомам потребуется около часа, чтобы пересечь вашу комнату. Атомам внутри вашего тела для этого потребуется доля секунды. При таких низких температурах исследователи могут наблюдать массу интересных эффектов, таких как сверхтекучесть — способность проникать через узкие щели и вообще через любое вещество без трения о него. Также с помощью такого охлаждения физики получают конденсат Бозе-Эйнштейна — агрегатное состояние вещества, в котором квантовые эффекты становятся заметны на макроскопическом уровне.