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新方法使用离心力减速粒子,创造新的研究机会

使用离心力使颗粒减速的新方法可以在连续流动中产生相对大量的冷分子,这可以为化学和量子信息处理创造新的机会。

<与我们的呼吸相比,客机以相当悠闲的速度移动。例如,氮气分子在室温下以每小时1,700公里的速度行进,或者几乎是声速的1.5倍。这意味着粒子对于许多实验而言太快,并且还有一些可想到的应用。然而,位于Garching的马克斯普朗克量子光学研究所的物理学家现在已经找到了一种将极性分子减速到大约70公里/小时的简单方法。它们让各种物质的分子,例如氟代甲烷,在旋转盘上抵抗离心力,同时被电极引导。减速分子的速度对应于零下272摄氏度的温度。这种新方法可以在连续流动中产生相对大量的冷分子,这对于单个颗粒的目标化学反应或量子信息的处理非常有用。

化学反应非常不受控制。反应伙伴偶然相遇,然后相当猛烈地碰撞,因此不确定他们会做化学家期望他们做的事情。系统地并且以悠闲的速度使它们彼此靠近可能有利于一些很少发生的转变。为了实现这一点,化学家需要缓慢的,因此冷的分子,他们需要大量的这些分子。物理学家也依赖冷分子进行许多实验,以及新技术应用,如量子信息处理。对于许多科学家来说,特别是在低温物理学方面,因此值得欢迎的消息是,与马克斯普朗克量子光学研究所的Sotir Chervenkov和Gerhard Rempe合作的研究人员已开发出一种用于极性分子的多功能高效制动器。

<基于Garching的团队减速器减慢了粒子的速度&ndash;在他们目前的实验中,氟甲烷,三氟甲烷和3,3,3-三氟丙烷的分子&ndash;从大约700到70公里每小时。由于颗粒的速度可以用温度单位表示,这相当于将温度从100K降低到1K,或从负173降低到-272摄氏度。 &ndquo;氮冷源提供100开尔文的分子,我们也知道一些良好的方法,以1开尔文进一步冷却分子,&nd;索蒂尔切尔文科夫说。 &ldquo;但目前还没有有效的方法用于介于两者之间,特别是没有产生连续冷分子流的方法。&lt;

分子制动的原理:四个电极最初从旋转圆盘边缘左下方的离心机入口引导极性分子。然后将它们以螺旋形方式引导到磁盘的中心。盘侧面的两个静电极显示为黄色和绿色,电极安装在盘上,呈紫色和粉红色。图片来源:量子光学的Sotir Chervenkov / MPI

四个电极将分子引导到离心机的中心

马克斯普朗克的研究人员在这里依靠一股众所周知的力量,但从未有过之前用于减慢分子:离心力。因此,分子制动器由离心机组成,离心机以每秒43转的速度旋转:直径为40厘米的旋转盘,颗粒从其周边引导至其中心。具有交替极性的四个电极间隔一毫米并且布置在正方形的顶点处用作导轨,其在电场上施加在分子上的行进方向。

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