一般認為,激光可用于加熱,但其實也可用于冷卻物理系統(tǒng)。在實驗中,英國萊斯大學(xué)的湯姆·基利安和同事使用10臺不同波長的激光器來冷卻中性等離子體。等離子體是在固體、液體和氣體之后,物質(zhì)的第四種基本狀態(tài),它通常在極熱的地方(比如太陽內(nèi))產(chǎn)生。
研究人員先用一組激光器蒸發(fā)鍶金屬,這些激光器捕獲并冷卻了一組原子。然后,他們用第二組激光電離這些超冷氣體,激光脈沖將這些氣體轉(zhuǎn)換成等離子體,這些等離子體迅速膨脹然后消散。
基利安解釋說:“如果一個粒子(原子或離子)正在移動,我用一束激光來抵制它的運動,當該粒子從激光束中散射出光子時,就獲得了動量來減慢速度。訣竅在于確保光子始終從與粒子運動相反的激光中散射出來?!?br />
1999年,基利安在美國國家標準與技術(shù)研究所進行博士后研究,開創(chuàng)了從激光冷卻的氣體中創(chuàng)造中性等離子體的電離方法。此后,他一直在尋求讓等離子體更冷的方法,最新研究讓他20年的追尋成為現(xiàn)實。目前,他們正努力制造更冷的等離子體。
基利安說:“我們將嘗試開發(fā)新的溫度探頭來測量更冷的溫度。如果能在不讓密度變得太低的情況下,將溫度降到足夠低,該系統(tǒng)將形成結(jié)晶等離子體——維格納晶體,據(jù)信白矮星中心的離子以這種狀態(tài)存在?!?br />
基利安表示,當科學(xué)家研究出如何冷卻原子氣體時,就打開了“超冷世界”的大門,這使他們能將原子氣體冷卻到比絕對零度(零下273.15℃)高出百萬分之一攝氏度左右,“在此處,量子力學(xué)開始發(fā)揮作用”。通過研究超冷等離子體,有望回答有關(guān)物質(zhì)在高密度和低溫的極端條件下如何表現(xiàn)的基本問題。
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