Kuantum mıknatısı yıldızlararası uzaydan milyarlarca kat daha soğuk

İtterbiyum atomlarından yapılmış bir mıknatıs, mutlak sıfırdan yalnızca milyarda bir derece daha sıcaktır. Nasıl çalıştığını anlamak, fizikçilerin yüksek sıcaklıkta süper iletkenler oluşturmasına yardımcı olabilir

Fizik


1 Eylül 2022

iterbiyum atomu

İterbiyum atomları çok soğuk bir mıknatıs yapmak için kullanılmıştır.

Carlos Clarivan/Bilim Fotoğraf Kitaplığı

Mutlak sıfırdan yalnızca milyarda bir derece daha sıcak atomlardan oluşan yeni bir tür kuantum mıknatısı var ve fizikçiler bunun nasıl davrandığından emin değiller.

Normal bir mıknatıs, içindeki elektronların “yukarı” veya “aşağı” kuantum dönüş durumunda olmasına bağlı olarak manyetik nesneleri iter veya çeker; bu, belirli bir yönde hizalanmış bir kuzey ve güney kutbuna sahip olmaya benzer bir özelliktir. Ancak bu, bir mıknatıs oluşturmak için kullanılabilecek tek özellik değildir.

Kaden Hazzard Teksas’taki Rice Üniversitesi’nde ve meslektaşları, her biri bir renkle etiketlenmiş altı seçeneğe sahip olan spin benzeri bir özelliğe dayalı bir mıknatıs yapmak için iterbiyum atomlarını kullandılar.

Araştırmacılar atomları küçük bir metal ve cam kutu içinde bir vakum içinde hapsettiler ve ardından onları soğutmak için lazer ışınları kullandılar. Lazer ışınından gelen itme, en enerjik atomların bir miktar enerji salmasına neden oldu, bu da bir fincan çayın üzerine üflemeye benzer şekilde genel sıcaklığı düşürür.

Ayrıca, mıknatısları üretmek için atomları farklı konfigürasyonlarda düzenlemek için lazerler kullandılar. Bazıları tel gibi tek boyutlu, diğerleri ince bir malzeme tabakası gibi iki boyutlu veya bir kristal parçası gibi üç boyutluydu.

Çizgiler ve tabakalar halinde düzenlenmiş atomlar, yıldızlararası uzaydan 2 milyar kat daha soğuk olan yaklaşık 1.2 nanokelvin’e ulaştı. Üç boyutlu düzenlemelerdeki atomlar için durum o kadar karmaşık ki, araştırmacılar hala sıcaklığı ölçmenin en iyi yolunu buluyorlar.

Hazzard, deneydeki atomların fermiyon adı verilen daha büyük bir gruba ait olduğunu ve “evrendeki en soğuk fermiyonlar” olduğunu söylüyor. “Bunun üzerinde 10 yıl önce deney yapmayı düşününce, bir teorisyenin rüyası gibi görünüyordu” diyor.

Fizikçiler uzun zamandır atomların bunun gibi egzotik mıknatıslarda nasıl etkileştiğiyle ilgileniyorlar çünkü benzer etkileşimlerin yüksek sıcaklıktaki süperiletkenlerde – elektriği mükemmel şekilde ileten malzemelerde – meydana geldiğinden şüpheleniyorlar. Ne olduğunu daha iyi anlayarak daha iyi süper iletkenler inşa edebilirler.

Ortak yazar, bu tür mıknatıslar hakkında teorik hesaplamalar yapıldığını ancak renk durumu modellerini veya tam olarak ne kadar manyetik olabileceklerini tahmin etmede başarısız olduklarını söylüyor. Eduardo Ibarra-García-Padilla. Kendisi ve meslektaşlarının deneyi analiz ederken henüz en iyi hesaplamalardan bazılarını gerçekleştirdiklerini, ancak yine de deneydeki binlerce atom arasından bir seferde yalnızca sekiz atomun çizgi ve tabaka konfigürasyonlarındaki renklerini tahmin edebildiklerini söylüyor. .

Victor Gurarie Colorado Boulder Üniversitesi’nde, deneyin, atomların komşularının kuantum renk durumlarına “dikkat etmeye” başlaması için yeterince soğuk olduğunu söylüyor; bu özellik, sıcak olduklarında nasıl etkileştiklerini etkilemez. Hesaplamalar çok zor olduğu için, gelecekteki benzer deneyler bu kuantum mıknatısları incelemek için tek yöntem olabilir, diyor.

Dergi referansı: Doğa Fiziği, DOI: 10.1038/s41567-022-01725-6

Bu konular hakkında daha fazlası:

Leave a Comment

Your email address will not be published.