Квантовият хладилник
Когато студено мляко се изсипе в чаша с парещ чай, температурното равновесие се реализира бързо. След известно време на взаимоотношение сред капките мляко и чай се реализира релативно хомогенна температура в цялата течност.
Този развой играе основна роля в охлаждането на газове до свръхниски температури. Изненадващото е, че даже газове, при които този резултат е подтиснат, могат да бъдат охлаждани. Учени от Техническия университет във Виена са следили това събитие и са разкрили специфичен квантово-механичен охлаждащ резултат.
„ Частиците, които съставляват течностите и газовете, имат разнообразни сили “, споделя проф. Йорг Шмидмайер (Jörg Schmiedmayer). „ Разпространението на тази сила зависи от температурата на средата. Колкото по-горещ е даден газ, толкоз по-голям е броят на високоенергийните частици. “
Следователно, можем да използваме елементарен трик, посредством който да охлаждаме газове – благодарение на електромагнитни полета, частиците с най-вече сила се отстраняват от газа. Останалите частици преразпределят силата и по този метод газът се охлажда.
„ Подобно е на това, когато духате гореща напитка, с цел да изстине по-бързо “, споделя Бернард Рауер (Bernhard Rauer), който водел опитите в изследователската група на Шмидмайер. „ Частиците с най-вече сила напущат течността и биват издухани. Останалата част от течността доближава температурно равновесие, като към този момент е по-студена. “
Все отново не постоянно е допустимо да се реализира температурен еквилибриум. Например „ люлката на Нютон “ е устройство, при което няколко подредени в линия сфери са провиснати на шнур. Когато една от сферите е приведена в придвижване и се удря в останалите, придвижването се предава на всяка последваща, а другите се връщат в положение на покой.
„ В този случай сферите обменят сила единствено със съседите се. Така в никакъв случай няма да се получи топлинно разпространяване сред няколко разнообразни типа сила “, прибавя Рауер.
Ученият изследвал сходна система – едноизмерен газ от атоми, сложени в върша линия посредством електромагнитен капан. Атомите са способни да предават сила тъкмо както сферите в люлката на Нютон. Тогава би трябвало да се чака, че охлаждащият механизъм посредством унищожаване на най-заредените частици няма да проработи. Според този банален модел сила, която липсва, е изчезнала вечно.
За изненада на учените това не се оказало правилно за едноизмерния газ. Той може да бъде охлаждан посредством непрекъснато унищожаване на богати на сила частици. Причината за този резултат се крие в разбирането ни за частиците. Трябва да гледаме на тях от позиция на квантовата механика.
„ Не би трябвало да мислим за единични сблъскващи се частици както при люлката на Нютон. Вместо това би трябвало да вземем поради груповото възбуждане, което се разпределя сред доста на брой частици – нещо сходно на морска вълна, която съставлява голям брой водни молекули, движещи се групово “, изяснява Шмидмайер.
Такива квантови талази съхраняват силата на системата и колкото повече частици се отстранен, толкоз по-спокойни стават тези талази. Това е квантово-механичен охлаждащ развой, който не би трябвало да е вероятен съгласно класическите елементарни закони на природата.
„ Това е значимо за нас, тъй като нормално квантовата физика се учи в елементарни системи, състоящи се от единствено няколко частици (атом с няколко електрона). Сега разполагаме със система, която несъмнено демонстрира квантово държание и е формирана от хиляди атоми “, приключва професорът.
Science Daily
