Учёным удалось создать самые холодные стабильные молекулы в мире. Они охладили молекулы газообразного натрий-калиевого соединения (NaK) до температуры 500 нанокельвинов, что лишь немного выше абсолютного нуля и более чем в миллион раз холоднее, чем в межзвёздном пространстве.
В то время как обычные молекулы полны энергии, вибрируют и вращаются в пространстве, новые ультрахолодные молекулы фактически неподвижны. На самом деле они охлаждены до средней скорости в несколько сантиметров в секунду и находятся в абсолютно низшем колебательном и вращательном состоянии.
«Мы очень близки к температуре, при которой квантовая механика играет важную роль в движении молекул, — сказал Мартин Цвирляйн, один из исследователей, в пресс-релизе. — Так что эти молекулы больше не будут носиться вокруг, как бильярдные шары, а будут двигаться как квантово-механические волны материи. А с помощью ультрахолодных молекул можно получить огромное разнообразие различных состояний вещества, например сверхтекучие кристаллы, которые являются кристаллическими, но не испытывают трения, что совершенно невероятно». До сих пор это явление не наблюдалось, но было предсказано. Возможно, мы уже близки к тому, чтобы увидеть эти эффекты, поэтому мы все в предвкушении.
Каждая молекула состоит из отдельных атомов, которые соединяются друг с другом, образуя молекулярную структуру, например молекулы натрия и калия, использованные в этом исследовании. С помощью лазеров и испарительного охлаждения учёные охладили облака отдельных атомов натрия и калия почти до абсолютного нуля. Затем они, по сути, склеили атомы, чтобы сформировать ультрахолодные молекулы, и применили магнитное поле для ускорения процесса.
Чтобы укрепить связь и сделать каждую молекулу более стабильной, исследователи подвергли молекулы NaK воздействию двух лазеров, большая разница в частотах которых соответствовала разнице в энергии между начальным и низшим колебательным состоянием молекул.
В итоге исследователи создали ультрахолодные молекулы, которые могут помочь в изучении экзотических состояний вещества. Однако для этого молекулы нужно охладить ещё сильнее, чтобы они практически застыли на месте.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.