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極低温分子量子ガス

04.12.2020

初めて、アメリカの物理学者は、超精密測定デバイスから量子コンピューティングまで、多くの実用的なアプリケーションを持つことができる極低温分子量子ガスの制御された状態を得ました。

古典的な意味では、気体は多数のランダムに移動する粒子で構成されています。気体が絶対零度近くまで冷やされると、分子は粒子のような振る舞いをやめ、重なり合う波の性質を帯びます。この状態を量子気体と呼び、分子気体が量子状態に遷移する温度を縮退温度と呼びます。
量子ガスの特性は、ガス分子が粒子のように互いに反発し合い、重なり合う波、電気双極子モーメント、およびその他の特性のために遠距離で相互作用するときの縮退の程度に依存します。

JILA (米国国立標準技術研究所 (NIST) とコロラド大学ボルダー大学のジョイントベンチャー) の研究者は、極低温の分子量子ガスの状態を「オン」にし、長距離にわたる分子間相互作用を制御するツールを開発しました。

超低温量子ガスは、極限状態の物質のモデル化、量子多粒子システムの作成、および量子コンピューティングで、超精密測定デバイスに応用できる可能性があります。

著者らによると、分子ガスをその最低エネルギー状態に押し上げる新しいスキームは、分子を破壊する化学反応を抑制する量子縮退と呼ばれ、すべての分子が互いに相互作用するエキゾチックな量子状態を探索することを可能にします。

250 ナノケルビンの温度 (絶対零度のすぐ上) で、研究者は約 XNUMX 万個の双極子カリウム-ルビジウム分子の高密度ガスを作成しました。これは、ルビジウム原子が正電荷を持っているという事実により、電界内で小さな磁石のように振る舞います。およびカリウム原子 - 負。

水平電界を数百ミリ秒かけてゆっくりとオンにすると、一方向のトラップの強度が低下し、高温の分子が逃げて残りの分子が冷却するのに十分な長さになりました。このプロセスの終わりに、分子は最も安定した状態に戻りましたが、現在はより密度の高いガスになっています。

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