Физики продемонстрировали симпатическое охлаждение одиночного протона с помощью лазерно-охлажденных ионов бериллия, удаленных от него на расстояние девяти сантиметров. Для этого они связали ловушку, в которой находился протон, и ионную ловушку с помощью сверхпроводящего колебательного контура. Таким способом они смогли охладить протон на 85 процентов относительно температуры окружения.

Исследование опубликовано в Nature.

Охлаждение атомных и молекулярных систем играет важнейшую роль в современной физике. Чем меньше будет температура объектов, тем точнее можно измерять их свойства, а также тем стабильнее будут экзотические состояния, которые могут существовать только в ультрахолодных условиях.

Среди множества методов охлаждения одним из самых удобных и эффективных оказалось лазерное охлаждение. Однако, оно применимо не ко всем объектам. В частности, с его помощью невозможно охладить частицы без электронной структуры, например, (анти)протоны или голые атомные ядра. В таком случае иногда применяют технику симпатического охлаждения, которая заключается в подмешивании лазерно-охлаждаемых частиц к частицам, с которыми этот метод не работает, внутри оптических или магнитных ловушек. Но даже в этом случае остается проблема того, что слишком разным частицам нужны разные ловушки.

Группа физиков из Германии и Японии совместно с коллаборацией BASE из ЦЕРНа решила эту проблему, связав лазерно-охлаждаемые ионы бериллия с одиночным протоном с помощью мнимых токов в LC-контуре.