麻省理工学院的物理学家在创纪录的高磁场中创建超流体 2017-05-05 09:18:04

$888.88
所属分类 :财政

Ketterle集团用于制造超流体的设备照片:Bryce Vickmark麻省理工学院的物理学家在极高磁场中首次创造了一种超流体气体,即所谓的玻色 - 爱因斯坦凝聚体

磁场是一种合成磁场,使用激光束生成,并且比世界上最强的磁体强100倍

在这个磁场中,研究人员可以保持气体超流体持续十分之一秒 - 只需足够长的时间让团队观察它们研究人员报告他们的结果本周在自然物理学杂志中,超流体是物质的一个阶段,只有某些液体或气体可以呈现,如果它们被冷却到极低温度在接近绝对零度的温度下,原子停止它们各自的能量轨迹,并开始集体运动因为一波超流体被认为是无限流动而不会失去能量,类似于超导体中的电子观察到的行为因此,超流体可以帮助科学家提高超导磁体和传感器的质量,并开发能量有效的输电方法但超流体是不稳定的,如果原子不能保持冷却或受限制,它们会瞬间消失麻省理工学院的团队将多种技术结合起来超低温度,创造和维持超流体气体,足以在超高合成磁场中观察它“走向极端是发现的方式,”麻省理工学院John D MacArthur物理学教授团队负责人Wolfgang Ketterle说道

超冷原子来绘制和理解尚未创造的材料的行为在这个意义上,我们领先于大自然“Ketterle的团队成员包括研究生科林肯尼迪,威廉科迪伯顿和Woo Chang Chung一个超流体循环团队最初使用激光冷却和蒸发冷却方法的组合,最初由Ketterl共同开发e,将铷原子冷却到纳米开尔文温度铷的原子被称为玻色子,因为它们的偶数个核子和电子当冷却到接近绝对零时,玻色子形成所谓的玻色 - 爱因斯坦凝聚 - 一种超流体状态,这是第一个 - 由Ketterle发现,并且他最终获得​​了2001年诺贝尔物理学奖

在冷却原子后,研究人员使用一组激光来制作晶体原子或光学晶格阵列激光束的电场产生了什么

被称为周期性潜在景观,类似于鸡蛋盒,模仿真实结晶材料中颗粒的规则排列当带电粒子暴露于磁场时,它们的轨迹被弯曲成圆形轨道,导致它们绕着周围环绕

磁场,粒子的轨道变得越来越紧密但是,要将电子限制在晶体材料的微观尺度,磁场将需要比世界上最强的磁体强100倍的c场

该组询问是否可以用光学晶格中的超冷原子来完成这一过程因为超冷原子没有带电,就像电子一样,而是中性粒子,它们的轨迹通常不受磁场的影响相反,MIT小组提出了一种技术来产生合成的超高磁场,利用激光束在微小的轨道上推动原子周围,类似于真实磁场下的电子轨道

2013年,Ketterle和他的同事们与德国的其他研究人员展示了这项技术,该技术利用光学晶格的倾斜和两个额外的激光束来控制原子的运动

在平面晶格上,原子可以很容易地从位置移动到然而,在倾斜的晶格中,原子必须对抗重力

在这种情况下,原子只能在激光束的帮助下移动“现在激光束可以用来使中性原子像强磁场中的电子一样四处移动,“Kennedy补充说,使用激光束,该组可以使原子轨道或环绕,在半径小至两个点阵方块,类似于粒子的方式将会在极高的磁场中移动“一旦我们有了这个想法,我们就会非常兴奋,因为它很简单 我们所要做的只是采取两个合适的激光束并在特定角度仔细对齐它们,然后原子大大改变它们的行为,“肯尼迪说”对已知物理学的新观点“在开发倾斜技术以模拟高磁场之后,该小组工作了一年半,以优化激光和电子控制,以避免任何外来的原子推动,这可能使他们失去其超流体属性“这是一个复杂的实验,有很多激光束,电子和磁铁“我们真的必须让一切变得稳定,”伯顿说“花了很长时间才解决所有细节,最终在这些高地上出现这种超冷却物质,让它们冷却 - 其中一些是艰苦的工作“最后,研究人员能够保持超流体气体在十分之一秒内保持稳定

在此期间,该团队拍摄了原子分布的飞行时间图片以捕获超流体的拓扑结构或形状这些图像也揭示了磁场的结构 - 这是已知的,但直到现在才直接可视化“主要成就是我们能够验证和识别超流体状态,”Ketterle说“如果我们能够在更好的控制下获得合成磁场,我们的实验室可以对这个主题进行多年的研究

对于专家来说,它开辟的是量子世界的新窗口,可以研究具有新特性的材料”此外,该团队计划进行类似的实验,但为了增加超冷原子之间的强相互作用,或者加入不同的量子态或旋转,Ketterle说这些实验将研究与材料研究的重要前沿联系起来,包括量子霍尔物理学和拓扑学绝缘体“我们正在为物理学增添新的视角,”Ketterle说:“我们正在触及未知,但也展示物理学我原则是众所周知的,但是在一个新的清晰度上“这项研究由国家科学基金会,空军科学研究办公室和陆军研究办公室出版物资助:科林·肯尼迪等人,”观察Bose-爱因斯坦凝聚在一个强大的合成磁场中,“自然物理学(2015); doi:101038 / nphys3421来源:Jennifer Chu,麻省理工学院新闻