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深度解讀

美創(chuàng)造超低溫紀錄 低于宇宙大爆炸后“余輝”溫度

星之球科技 來源:科技日報2015-06-18 我要評論(0 )   

超低溫狀態(tài)下的鈉鉀分子絕對零度是熱力學理論中溫度的下限值,它相當于零下273.15攝氏度或零下459.67華氏度。在這種溫度下,物質

 
超低溫狀態(tài)下的鈉鉀分子

      絕對零度是熱力學理論中溫度的下限值,它相當于零下273.15攝氏度或零下459.67華氏度。在這種溫度下,物質沒有任何熱能。近日,美國麻省理工學院科學家首次將分子冷卻到逼近絕對零度——絕對零度的5千億分之一攝氏度以上。 《基督教科學箴言報》報道,科學家曾經讓原子達到超低溫度,而這次科學家通過實驗讓分子(兩個或兩個以上的原子連接在一起)達到溫度超低的狀態(tài)。
 
      在正常的溫度下,分子以超高速在我們身邊疾馳而過,有時甚至會發(fā)生“撞車”。不過當它們被冷卻到超低溫時,奇怪的事情就會發(fā)生。物理學家們推測,這些分子將不再是飛馳和相撞的個體,而會成為一個統(tǒng)一體——這是從未被研究過的分子的奇特狀態(tài)。為了探索這一現(xiàn)象,麻省理工學院物理學家馬丁·茨維萊茵帶領團隊利用蒸發(fā)作用和激光來冷卻原子云中的單個原子。由于鈉原子和鉀原子都帶有正電荷,一般情況下不會形成化合物,該團隊使用磁場將鈉原子和鉀原子吸引到一起形成鈉鉀分子,然后他們使用另一組激光來冷卻它。一種激光的頻率與分子的初始振動狀態(tài)一致,另一種激光與它們最低的振動頻率相匹配。鈉鉀分子吸收了第二種激光中較低的能量,并向高頻激光釋放能量。這一過程最終將鈉鉀分子的溫度冷卻到了500納米開爾文,這一溫度只有宇宙空間溫度的一百萬分之一,低于宇宙大爆炸后“余輝”的溫度。
 
      他們發(fā)現(xiàn),在超低溫狀態(tài)下鈉鉀分子非常“遲鈍”,難與附近其他分子發(fā)生作用。另外,這些分子表現(xiàn)出很強的偶極矩——分子內部的電荷分布狀態(tài)決定它對其他分子是強烈排斥的。在這種狀態(tài)下,鈉鉀分子不是很穩(wěn)定,只持續(xù)了2.5秒就分裂了,不過在這樣極端的溫度條件下,這個時間已經很長了??茖W家表示,下一步計劃將分子冷卻到更低的溫度,來觀察理論所預測的量子力學效應。這種效應曾在單個原子如氦原子上展示過——超低溫的氦原子成為沒有任何黏度的超流體。但是科學家還未對旋轉和振動狀態(tài)更為復雜的分子的量子力學效應進行研究。理論上,分子在超低溫狀態(tài)下也可能出現(xiàn)同樣怪異的現(xiàn)象。

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