Ученые разработали новый способ охлаждения ионов

Среди наиболее важных методов, разработанных в атомной физике за последние годы, является технология охлаждения ионов и атомов при температуре чуть выше абсолютного нуля.

Ученые из Бангалора и Майнца экспериментально доказали, что ионы охлаждаются при контакте с холодными атомами могут храниться в "ионных ловушках", находясь в стабильном состоянии в течение длительного периода времени. Эти выводы противоречат высказываниям о том, что в действительности ионы будут нагреваться при взаимодействии с атомами. Результаты, полученные при работе индо-германской научно-исследовательской команды, открывают возможность проведения, в недалеком будущем, экспериментов по созданию молекулярных ионов при низких температурах. Вплоть до тех, которые преобладают в межзвездном пространстве.

Команда Научно-исследовательского института Raman в Бангалоре в Индии и Института Физики в университете Иоганнеса Гуттенберга в Майнце, Германия объединили два метода для данного эксперимента. Они захватили нейтральные атомы в магнито-оптические ловушки, охладили лазерным излучением до температуры близкой к абсолютному нулю при -273,15°С, а также хранили заряженные частицы в ионной ловушке. Для этого, профессор доктор Гюнтер Верта установил ловушки, которые использовали в Майнце, совместив их с магнитооптическими ловушками. Это позволило соединить ионы и холодные атомы и наблюдать за течением эксперимента.

"Вопрос заключался в том, будет ли это работать во всех случаях", - поясняет Верт. Эксперимент с ионами и атомами рубидия показал, что частицы начали обмениваться энергией. Эффективно охлаждать ионы, сталкивая их с охлажденными атомами.

Как пишут ученые в Nature Communications в статье "Охлаждение и стабилизация атомов и ионов", есть два основных процесса, которые определяют исход. При непрерывном охлаждении, атомы начинают извлекать энергию из захваченных ионов. Кроме того, в результате столкновения ионов и атомов, происходит трансформация из "горячих" ионов в "холодные". Поскольку возможно поддержание постоянной концентрации атомов в резервуаре магнитооптической ловушки, система может охлаждать огромное количество ионов, без опустошения резервуара с атомами.

Взаимодействие ионов и атомов особенно интересно для физиков, потому что, они считают, что подобные реакции могут происходить и в холодном космическом пространстве. "Возможно, что взаимодействие ионов и атомов при очень низких температурах, может привести к образованию молекулярных ионов. Как мы считаем, эти реакции происходят и в космосе", - говорит Верт.