Niekonwencjonalne chłodzenie
Wiosna przyszła, robi się coraz cieplej, niedługo już nasze rytualne narzekanie na zbyt niską temperaturę zmieni się w narzekanie na temperaturę zbyt wysoką, a w internecie zaroi się od artykułów z cyklu „jak ochłodzić się w taki gorący dzień”. Sposobów na ochłodzenie jest sporo. Ale czy zgadlibyście, że można coś ochłodzić… laserem? A jednak, o ile mówimy na przykład o rozproszonych atomach lub, jak w przypadku artykułu, który ostatnio ukazał się w „Nature”, antyatomów.
Dlaczego w ogóle interesuje nas temperatura uzyskiwanych w niewielkich ilościach antyatomów? Pozwól, że wyjaśnię! Jak już pisaliśmy w artykule na ten temat, temperatura jest to miara średniej szybkości, z jaką się te atomy poruszają. A w przypadku badań spektroskopowych, które chcielibyśmy przeprowadzić na naszym antywodorze, im szybciej się on porusza, tym mniej dokładne będą wyniki. A zależy nam na bardzo dokładnych wynikach, które pozwolą na odnalezienie ewentualnych różnic pomiędzy wodorem i antywodorem. Poza tym, im antyatomy mają niższą energię, tym łatwiej je przechowywać. Jeśli uda się je odpowiednio spowolnić, być może uda się je zamknąć w polu „zwykłego”1Nie nadprzewodzącego magnesu. No ale jak ostudzić takie antyatomy, magazynowane w pułapce magnetycznej? Jak się pewnie domyślacie, obłożenie ich kostkami lodu nie wchodzi w rachubę2To przepis na natychmiastową anihilację. Jak już pisałem we wstępie – laserem.
Zimny laser?
Ale zaraz, laser to się nam kojarzy głównie z dostarczaniem energii, a nie z jej odbieraniem! Fakt. Tutaj jednak na naszą korzyść zaczynają działać uroki mechaniki kwantowej. Otóż: zmiany wewnętrznej energii atomów nie odbywają się płynnie, tylko skokami o określonej wielkości. Trick potrzebny do chłodzenia laserowego polega na tym, żeby użyć lasera dającego nieco mniej energii, niż wymagają nasze atomy. Wtedy część z nich i tak zmieni stan energetyczny – pożyczając sobie brakującą energię z zasobów energii kinetycznej. Po pewnym czasie atomy wrócą do stanu podstawowego, emitując całą energię, która była potrzebna do zmiany stanu. Rezultatem jest atom o energii niższej od tej, którą miał na początku – niższej o to, co zostało „pożyczone” z energii kinetycznej. Po wielu takich cyklach szybkość, czyli temperatura, atomów może być znacząco mniejsza, niż na początku. W przypadku artykułu z Nature, który tu przedstawiam – ponad dziesięciokrotnie niższa.
I faktycznie, pomiary wykonane na ochłodzonych antyatomach były znacznie dokładniejsze niż na nieochłodzonych. Autorzy opisują metodę jako bardzo perspektywiczną – a fakt opublikowania artykułu w Nature wskazuje, że faktycznie tak jest. Innymi słowy, wygląda na to, że wykonaliśmy kolejny krok w celu wyjaśnienia, dlaczego jest raczej coś, niż nic.
I szkoda tylko, że wykorzystać lasera do ochłodzenia siebie w gorący dzień raczej się nie uda…
Źródła:
https://kopalniawiedzy.pl/antymateria-antywodor-laserowe-chlodzenie-grawitacja-CERN,33551
https://home.cern/news/press-release/experiments/alpha-cools-antimatter-using-laser-light-first-time
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03289-6
Zainteresowało Cię to, co czytasz? Chcesz wiedzieć więcej? Śledź nas na Facebooku, i – pozwól, że wyjaśnię!
Podobną metodą spowalniano / schładzano „zwykłą” materię. Ale wyjaśnienie, które czytałem nie objaśniało tak elegancko mechanizmu. Dzięki!
Fakt, tą metodą da się również ochłodzić „zwykłą” materię. Co dodatkowo wskazuje, że antymateria nie jest jakimś tajemniczym nie-wiadomo-czym – jest po prostu rodzajem materii, która w specyficzny sposób reaguje ze „zwykłą” materią.