Физики создали самые холодные молекулы

Американские ученые создали самые холодные молекулы, охладив газ из натрия и калия (NaK) до 500 нанокельвинов.  Физики давно размышляют о том, как ведет себя материя при сверхнизких температурах. Считается, что атомы и молекулы перестанут сталкиваться друг с другом, и начнут вести себя как единое целое.

Чтобы проверить эту гипотезу, Мартин Цвирляйн (Martin Zwierlein) из Массачусетского технологического университета и его коллеги охладили (с помощью лазера) газ из атомов натрия и калия до 500 нанокельвинов (это всего на 500 миллиардных градуса выше абсолютного нуля температур, и почти в миллион раз холоднее, чем межзвездное пространство).

Обнаружилось, что молекулы стали стабильными и почти не вступали в реакцию с другими молекулами. Кроме того, у них оказался сильный дипольный момент.

В норме натрий и калий не образуют соединения — атомы этих элементов заряжены положительно, и поэтому отталкивают друг друга. Притягивают их другие вещества: например, хлор, в соединении с которым образуется поваренная соль (NaCl) или хлорид калия (KCl).

Физики получили молекулы NaK, испарив облака отдельных атомов, а затем охладив их лазерами. После этого атомы «склеили» с помощью магнитного поля. Наконец, охладили молекулу натрия-калия другими лазерами: один лазер был настроен на частоту, соответствующую изначальному колебательному состоянию молекулы, а другой — самому низкому из возможных. Молекула NaK поглотила энергию второго лазера и излучила ее на первый — так ученые добились крайне низкоэнергетического состояния и минимальной температуры молекулы. Прожило соединение две с половиной секунды, после чего распалось на атомы.

Ученые планируют охладить NaK до еще более низких температур, чтобы воочию увидеть странное поведение, предсказанное квантовой механикой. Такие эффекты пока наблюдали лишь в веществах из однородных атомов (например, сверххолодный гелий становится жидкостью, лишенной вязкости — сверхтекучей жидкостью).