Logo
Cover

Для человеческого взгляда большинство стационарных объектов кажутся неподвижными. Но если рассмотреть их на квантовом уровне, то окажется, что частицы, из которых они состоят, очень даже подвижные. За последние десятилетия физики нашли способ охлаждать небольшие нанообъекты до такой степени, чтобы их атомы почти замерли. Международная группа ученых смогла обездвижить четыре отдельных объекта весом по 40 кг каждый.

Все объекты находятся в определенного рода движении, вызванном многочисленными взаимодействиями атомов, из которых они состоят. Все это движение отражается в температуре объекта. Даже при охлаждении до абсолютного нуля остается остаточное квантовое движение.

Для прекращения всяческого движения следует тщательно измерить все магнитуды и направления движения атомов и воздействовать на них равной и противоположной силой. Этот метод носит название обратного охлаждения. Столь сложные и точные измерения под силу лишь нескольким инструментам, в частности, LIGO, пишет Phys.org.

Лазерно-​интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория состоит из двух интерферометров в различных точках США. Каждый из них оснащен двумя туннелями, построенными буквой Г, длиной по 4 км в каждом направлении. В конце каждого находится 40-килограммовое зеркало, висящее на тонких нитях, которое качается как маятник даже от малейшего воздействия. Лазерный пучок в центре комплекса расщепляется и движется по обоим туннелям, а затем отражается обратно. Время возвращения лазера показывает, насколько сдвинулось зеркало с точностью до 1/10 000 диаметра протона.

В данном случае охлаждать нужно было не одно зеркало, а объединенное движение всех четырех зеркал LIGO. Математически это можно представить как движение одного 10-килограммового объекта.

При измерении движения атомов и других квантовых эффектов сам акт измерения может случайным образом воздействовать на зеркало. Когда отдельные фотоны лазера отражаются от зеркала, получая информацию о его движении, импульс фотона толкает объект. Если постоянно проводить замеры зеркала, случайную ответную реакцию предшествующих фотонов можно наблюдать в информации, которую переносят следующие фотоны.

Вооружившись данными классических и квантовых помех на каждом из зеркал, ученые приложили равные и противоположные силы, задействовав электромагниты с обратной стороны каждого зеркала. Это привело к почти полному прекращению их движения, настолько лишив их энергии, что они двигались не более чем на 10 в -20 степени, то есть меньше одной тысячной диаметра протона.

Затем физики сравнили оставшуюся энергию объекта с температурой и обнаружили, что она равна 77 нанокельвинам, то есть очень близка к состоянию полной неподвижности, которое наступает, по их оценкам, при 10 нанокельвинах.

В 2019 американские физики смоделировали раскаленную плазму из центра мертвой звезды при помощи плазмы, которая приблизительно в 50 раз холоднее температуры открытого космоса — то есть охлаждена почти до абсолютного нуля.