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Refroidissement quantique - avec des lasers?

Refroidissement quantique - avec des lasers?

[Source de l'image: Ars Electronica]

La découverte du supraconducteur en 1911 par le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes a depuis laissé les scientifiques essayer de refroidir les particules jusqu'à zéro absolu (0 kelvin, ou 0 k) afin d'atteindre un état de supraconductivité. La supraconductivité est un état dans lequel les particules n'ont presque aucune résistance, un effet quantique. Un supraconducteur peut supporter un approvisionnement illimité en électricité sans perdre d'énergie à cause de la chaleur ou du son - révolutionnant la façon dont nous pouvons utiliser l'énergie. Mais il est venu avec une tournure encore plus grande: le diamagnatisme. Le diamagnatisme est un phénomène de particules super-refroidies qui empêche toutles champs magnétiques de pénétrer tout en créant un champ magnétique opposé qui repousse toute force magnétique appliquée. Le diamagnatisme est idéal pour la supraconductivité et la lévitation car il repousse tous les aimants, promettant de grandes avancées dans le transport qui est déjà utilisé. Mais comment refroidir les particules à près de 0 kelvin? Et que vaut même 0 k?

[Source de l'image: Steve Jervetson]

Zéro kelvin est zéro absolu, où aucune énergie n'est dans une substance - la température la plus froide absolue que tout puisse avoir. À 0 kelvin, une particule serait complètement immobile. Mais comment obtenir quelque chose d'aussi froid? Bien que la lumière telle que nous la connaissons produit la chaleur que nous ressentons ici sur terre, cela ne signifie pas nécessairement que toute lumière ne créera que de la chaleur. La température est la vitesse moyenne d'un groupe d'atomes, plus il se déplace, plus il a de chaleur. La lumière porte l'élan puisque l'élan est juste Masse fois rapidité. Mais la lumière n'a pas de masse? Eh bien, non, mais il a un équivalence énergie / masse, mieux décrit avec l'une des équations les plus célèbres d'Einstein E = mc². Réorganisé pour la masse et l'équation peut être replacée dans la loi du moment, dérivant l'équation pour le élan de lumière.

Étant donné que la lumière transporte de l'élan, son énergie peut être transférée en particules, un peu comme une balle de tennis frappant un ballon de basket. Lancez le ballon assez fort et vous devriez pouvoir faire bouger le ballon de basket. Les molécules du transport aérien à environ 4000 km / h, ce qui les rend très difficiles à étudier car elles ne restent pas très longtemps dans une zone. Les lasers peuvent être utilisés pour capturer des atomes dans un piège magnéto-optique, ou MOT - qui fonctionne de manière similaire à l'effet d'une mouche atterrissant sur une épaisse couche de mélasse - doublant ainsi l'effet "mélasse optique " . Mais comment ralentir les atomes si la lumière veut toujours pousser? Les scientifiques ont découvert une méthode pour pousser devant de la particule en mouvement avec des lasers, quienlève la vitesse des particules, ce qui réduit son impulsion totale.

Le phénomène a été découvert par Steven Chu en 1985 et est connu sous le nom de refroidissement laser. Steven et ses collègues ont placé plusieurs lasers à l'intérieur d'une chambre à gaz formant une forme de «t» au centre. Au fur et à mesure que les particules flottaient, l'une d'entre elles finissait par être piégée au milieu des lasers où elle était bombardée de photons frappant précisément dans les directions opposées que la particule essayait de déplacer. Cela a créé un effet similaire à celui d'une personne essayant de faire du vélo contre le vent. Plus la force du vent dans la direction opposée est forte, plus le motard se déplacera difficile, et donc plus lent, finissant par s'arrêter une fois que le vent est devenu trop fort (espérons que ce n'était pas un ouragan).

[Source de l'image: Asaf]

Les particules ont été refroidies à près de 0 k, le nombre magique. Les scientifiques sont extrêmement intéressés par l'obtention de zéro kelvin afin de faire ressortir le maximum d'effet quantique des particules subatomiques. La belle chose à propos des particules est que les petits électrons qui tournent autour du noyau ne peuvent que donnercertainsdata - jamais tout (c'est une propriété quantique). Soit vous pouvez savoir exactement à quelle vitesse un électron va sans aucune idée de l'endroit où il se trouve, soit vous pouvez savoir où se trouve l'électron, mais vous n'avez absolument aucune idée à quelle vitesse il va. En effet, les scientifiques qui refroidissaient les particules ont ralenti les électrons au point de zéro kelvin, un demi-milliardième de degré au-dessus du zéro absolu. La température la plus froide du univers connu se trouve dans la nébuleuse du Boomerang, assis à 1 K doux (-458 degrés Fahrenheit ou -272 degrés Celsius), ce qui en fait l'endroit le plus froid de l'univers. Terre.À 0 k, les électrons pourraient être de l'autre côté de l'univers car la vitesse était presque exactement connue, ce qui signifie que personne ne savait où se trouvait l'électron. Cela ouvre un beau phénomène appelé supraconductivité et diamagnitisme - un autre état fascinant de la matière.

[Source de l'image: NASA, la nébuleuse du Boomerang]

La pensée conventionnelle ne donnera pas de nouveaux résultats. Qui aurait pensé que l'utilisation de lasers produirait non seulement la température la plus froide Terre, mais la température la plus froide duunivers connu?La science est importante pour comprendre comment fonctionne l'univers, ce qui pourrait révéler les secrets de la naissance des humains et de tout. La science continue de s'améliorer à un rythme sans précédent, changeant à jamais et façonnant l'avenir et la vie tels que nous les connaissons.

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Écrit par Maverick Baker


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