Сортировка атомов по спину. Слева — атомы при 52 нК, справа — при 296 нК. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)

Нейтральные атомы, которые предполагается использовать для моделирования взаимодействия электронов в высокотемпературных сверхпроводниках, необходимо охладить до температуры, составляющей около 10^-2 нК. Таких значений на практике еще никто не достигал, причем даже в успешно проведенном опыте температуру атомов, по словам исследователей, определить бы не удалось.

Традиционный способ измерения основывается на эффекте увеличения размеров облака захваченных атомов при их нагревании. Один из участников работы Дэвид Притчард (David Pritchard) сравнивает атомы с металлическими шариками, помещенными в неглубокую чашу с углублениями на стенках, которые имитируют оптическую решетку. «При низкой температуре все шарики будут собираться в углублениях на дне сосуда, — поясняет свою мысль ученый, — а в процессе нагревания некоторые шарики получают возможность переместиться вверх по стенке и занять новое устойчивое положение». Проблема заключается в том, что при сверхнизких температурах взаимодействия атомов друг с другом препятствуют дальнейшему сжатию облака, и точность измерения теряется.

Американские ученые работали с помещенными в оптическую решетку атомами изотопа рубидия ⁸⁷Rb, которые могли находиться в одном из двух различных спиновых состояний; для того чтобы разделить два «сорта» частиц, авторы включили градиентное магнитное поле. Охлажденные до сверхнизких температур атомы в разных спиновых состояниях четко отделяются друг от друга, и на кривой среднего значения спина наблюдается резкий излом (см. рис.); с повышением температуры атомы «смешиваются», и кривая демонстрирует плавный переход.

Анализируя вид графиков, исследователи сумели оценить температуру атомов, охлажденных до 1 нК. По мнению г-на Притчарда, теоретический предел измерений по новой технологии составляет около 50 пК.

Отчет ученых опубликован в журнале Physical Review Letters; полный текст стататьи Американского физического общества.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.