Физики сумели охладить молекулы до рекордно низкой температуры – всего на 50 миллионных градуса выше абсолютного нуля.

Отдельные атомы ученые могут охлаждать и сильнее – достигнута даже величина в 50 триллионных градуса выше абсолютного нуля (около ‒273,15 °С). Однако у целых молекул намного больше степеней свободы, возможностей двигаться и вибрировать, сохраняя энергию движения и тепло. Поэтому и их охлаждение оказывается намного сложнее, требуя использования особо сложных методов и даже трюков – например, соединения в молекулы уже заранее охлажденных атомов.

Впрочем, и такая хитрость работает далеко не всегда, и до сих пор «рекорд холода» для молекул держится на уровне в сотни миллионных долей градуса. Побить этот рекорд удалось физикам из команды профессора Имперского колледжа Лондона Майкла Тарбутта (Michael Tarbutt), статью которых публикует журнал Nature Physics.

Ученые поместили молекулы фторида кальция в магнито-оптическую ловушку, в глубокий вакуум и под действие мощных магнитов. В этих условиях частицы поглощают определенные фотоны лазерного излучения, что вызывает их замедление и позволяет добиться охлаждения вплоть до Доплеровского предела – для CaF это около 200 μK (микрокельвин, миллионных долей градуса).

Дальше метод уже неприменим, и тогда авторы обратились к другому подходу, «сизифову охлаждению», при котором изменение поляризации лазерных лучей позволяет частицам продолжать поглощение «замедляющих» их фотонов и остывать ниже предельной температуры. В результате команде Тарбутта удалось впервые преодолеть Доплеровский предел для охлаждения молекул и добиться рекордных 50 μK.