Ионы, атомы с электрическими зарядами, сегодня охлаждаются в ловушках с помощью электрических и магнитных полей, а затем охлаждаются лазерами. Новый метод, разработанный штатными учеными доктором Одедом Хебером и доктором Майклом Раппапортом, а также докторантами доктором Ритешем Кумаром Гангваром и доктором Кушиком Саха, в лаборатории профессора Даниэля Зайфмана из отдела физики элементарных частиц и астрофизики Вейцмана.
Институт науки, не требует лазеров.В прошлом профессор Зайфман и его группа создали улучшенную версию ионной ловушки, называемой электростатической ионно-лучевой ловушкой — устройство для хранения ионов, которое было намного меньше, чем стандартные ионные накопительные кольца, которые, как правило, очень большие и дорогие. В электростатической ловушке ионные молекулы колеблются во время полета со скоростью до 10 000 км / ч — и они охлаждаются внутри ловушки.
Подобные системы могут воссоздать в лаборатории разреженную материю, существующую в межзвездном пространстве.Когда группы ионов колеблются в ловушке с такими высокими скоростями, возникает естественное распределение частот. На этом этапе у ученых есть метод, в котором «переменное периодическое импульсное напряжение» применяется, чтобы отделить самые холодные ионы в этом распределении, ускоряя только они.
Продолжая подавать напряжение, исследователи могут в конечном итоге получить самые холодные ионы. «Этот процесс, — говорит Хибер, — это не столько охлаждение, сколько« фильтрация »или сортировка ионов в соответствии с достигнутой ими температурой».Однако в недавних экспериментах группа настроила ловушку так, чтобы плотность ионов в электростатической ловушке ионного пучка могла быть увеличена в 1000 раз по краям. Увеличение плотности естественным образом увеличивает количество столкновений между ионами в пучке, и в результате энергия распределяется между ионами.
Ученые обнаружили, что существует усиленная корреляция между положением иона в группе и уровнем его кинетической энергии. Самые холодные ионы были в центре.
Действительно, энергия — или температура — передавалась ионам на краях, создавая более холодные ионы в ускоренном сгустке. «Этот удивительный процесс, — говорит Хибер, — уже проходит испытание на настоящее охлаждение».В статье, недавно опубликованной в Physical Review Letters, группа описывает серию экспериментов, в которых ионы достигли температуры примерно на одну десятую градуса выше абсолютного нуля. В настоящее время исследователи проводят дальнейшие эксперименты, чтобы настроить систему и снизить температуру ионов.Хебер говорит, что новый метод важен, потому что процесс охлаждения не зависит ни от типа, ни от веса иона.
Таким образом, его можно использовать, например, для исследования свойств больших биологических молекул или наночастиц.