氣體分子接近絕對零度時(shí)的奇妙變化

寂靜天花板

據(jù)國外媒體報(bào)道，近日，美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家將氣體分子冷卻到了非常接近絕對零度的低溫，發(fā)現(xiàn)了一些十分奇特的現(xiàn)象。他們利用激光對鈉鉀（NaK）氣體進(jìn)行冷卻，使其溫度降到了只有500納開氏度（nanokelvin，1納開氏度等于1開氏度的10億分之一）。這一溫度已經(jīng)非常接近絕對零度，后者是指物體分子停止運(yùn)動(dòng)時(shí)的理論溫度，也是開爾文溫度標(biāo)定義的零點(diǎn)，約等于攝氏溫標(biāo)零下273.15攝氏度，即0開氏度。
在電場中，超低溫的分子具有很強(qiáng)的相互作用。電場使分子極化，導(dǎo)致偶極矩的產(chǎn)生。麻省理工學(xué)院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，他們生成的超低溫分子具有很強(qiáng)的偶極性，但表現(xiàn)得很穩(wěn)定，不活躍。

物體的熱能是由粒子的振動(dòng)所引起，當(dāng)粒子停止振動(dòng)時(shí)，物體的熱能就不會(huì)存在。麻省理工學(xué)院的這項(xiàng)新研究顯示，當(dāng)分子達(dá)到極其接近絕對零度的低溫時(shí)，它們可能會(huì)開始形成非同尋常的物質(zhì)形態(tài)。

研究者發(fā)現(xiàn)，此時(shí)氣體分子變得很穩(wěn)定，而且會(huì)抵抗與其他分子的碰撞，盡管它們都具有很強(qiáng)的、互相吸引的電荷作用力。麻省理工學(xué)院電子設(shè)備研究實(shí)驗(yàn)室的首席研究員馬丁·茨維萊茵（Martin Zwierlein）領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，他說：“我們非常接近絕對零度，在絕對零度條件下，量子力學(xué)將在分子運(yùn)動(dòng)中扮演重要角色。因此，這些分子不再像彈子球一樣亂跑，而是像量子力學(xué)里的物質(zhì)波一樣運(yùn)動(dòng)。”

“利用超低溫的分子，你可以獲得各種各樣不同的物質(zhì)形態(tài)，如超流體晶體，它是結(jié)晶性的，你感覺不到摩擦，這太奇特了。這種現(xiàn)象還沒有被觀察到，但已經(jīng)有了預(yù)言。或許不久以后就能看到這些效果，我們都很興奮。”

有關(guān)這一研究的內(nèi)容發(fā)表在近期的《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。研究者采用的是激光和蒸發(fā)冷卻方法，對鈉原子和鉀原子進(jìn)行冷卻，然后用磁場促使這些原子結(jié)合在一起。

之后，科學(xué)家將鈉鉀分子暴露在兩束激光下，其中一束激光的頻率剛好與分子振動(dòng)狀態(tài)吻合，另一束的振動(dòng)頻率則盡可能調(diào)低。利用這種超冷卻方法，研究者降低了7500開氏度。與其他嘗試?yán)鋮s氣體原子的實(shí)驗(yàn)相比，該研究中超低溫分子的壽命相對較長，約為2.5秒。

茨維萊茵教授說：“這種實(shí)驗(yàn)中的分子具有化學(xué)活性，完全沒有時(shí)間對大批量樣品進(jìn)行研究。它們會(huì)在冷卻到足夠出現(xiàn)有趣狀態(tài)之前就衰變。在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們希望分子的壽命足夠長，從而能看到物質(zhì)的新奇狀態(tài)。”

然而，他們的實(shí)驗(yàn)并不是人類實(shí)驗(yàn)中所能達(dá)到的最低溫度。2003年，麻省理工學(xué)院和美國航空航天局的科學(xué)家成功地將鈉氣體冷卻到了只有500皮開氏度（picokelvin），即0.5納開氏度。
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玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)

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這真是高大上的工作啊，