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气体分子接近绝对零度时的奇妙变化
气体分子接近绝对零度时的奇妙变化
中科院物理所     阅读传统中文版

  麻省理工学院的科学家对钠钾气体的分子(示意图)进行了冷却,使其温度降到只有500纳开氏度,此时分子速度变得十分缓慢,每秒只移动数厘米,从而使科学家很容易进行研究

  在电场中,超低温的分子具有很强的相互作用。电场使分子极化,导致偶极矩的产生(图中箭头所示)。麻省理工学院的科学家发现,他们生成的超低温分子具有很强的偶极性,但表现得很稳定,不活跃。

麻省理工学院的科学家团队

  新浪科技讯 北京时间6月29日消息,据国外媒体报道,近日,美国麻省理工学院的科学家将气体分子冷却到了非常接近绝对零度的低温,发现了一些十分奇特的现象。他们利用激光对钠钾(NaK)气体进行冷却,使其温度降到了只有500纳开氏度(nanokelvin,1纳开氏度等于1开氏度的10亿分之一)。

  这一温度已经非常接近绝对零度,后者是指物体分子停止运动时的理论温度,也是开尔文温度标定义的零点,约等于摄氏温标零下273.15摄氏度,即0开氏度。物体的热能是由粒子的振动所引起,当粒子停止振动时,物体的热能就不会存在。麻省理工学院的这项新研究显示,当分子达到极其接近绝对零度的低温时,它们可能会开始形成非同寻常的物质形态。

  研究者发现,此时气体分子变得很稳定,而且会抵抗与其他分子的碰撞,尽管它们都具有很强的、互相吸引的电荷作用力。麻省理工学院电子设备研究实验室的首席研究员马丁·茨维莱茵(Martin Zwierlein)领导了这项研究,他说:“我们非常接近绝对零度,在绝对零度条件下,量子力学将在分子运动中扮演重要角色。因此,这些分子不再像弹子球一样乱跑,而是像量子力学里的物质波一样运动。”

  “利用超低温的分子,你可以获得各种各样不同的物质形态,如超流体晶体,它是结晶性的,你感觉不到摩擦,这太奇特了。这种现象还没有被观察到,但已经有了预言。或许不久以后就能看到这些效果,我们都很兴奋。”

  有关这一研究的内容发表在近期的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。研究者采用的是激光和蒸发冷却方法,对钠原子和钾原子进行冷却,然后用磁场促使这些原子结合在一起。

  之后,科学家将钠钾分子暴露在两束激光下,其中一束激光的频率刚好与分子振动状态吻合,另一束的振动频率则尽可能调低。利用这种超冷却方法,研究者降低了7500开氏度。与其他尝试冷却气体原子的实验相比,该研究中超低温分子的寿命相对较长,约为2.5秒。

  茨维莱茵教授说:“这种实验中的分子具有化学活性,完全没有时间对大批量样品进行研究。它们会在冷却到足够出现有趣状态之前就衰变。在我们的实验中,我们希望分子的寿命足够长,从而能看到物质的新奇状态。”

  然而,他们的实验并不是人类实验中所能达到的最低温度。2003年,麻省理工学院和美国航空航天局的科学家成功地将钠气体冷却到了只有500皮开氏度(picokelvin),即0.5纳开氏度。(任天)

来源:新浪科技


2015-08-23 08:56

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