O pomyśle i jego realizacji piszą teraz w Optics Express, wyjaśniając, że podstawę ich działań stanowiło optyczne chłodzenie laserowe. W ten sposób obniżyli temperaturę szkła kwarcowego do około -206 stopni Celsjusza. Dzięki zjawisku zwanemu chłodzeniem dopplerowskim możliwe jest spowalnianie atomów za pośrednictwem wiązki lasera, co przekłada się na ich chłodzenie.
Czytaj też: Naukowcy znaleźli wyjątki od ważnego prawa fizyki. Wszystko przez przezroczyste polimery
Takie właśnie podejście, choć nie względem gazu, lecz ciała stałego, zastosowali naukowcy ze Stanów Zjednoczonych i Niemiec. O ile zazwyczaj w kontekście chłodzenia dopplerowskiego mówi się właśnie o gazach, tak tutaj rozwiązanie było zgoła odmienne. Wdrażając założenia tzw. chłodzenia optycznego, autorzy postanowili przekonać się, czy będą w stanie obniżyć temperaturę szkła kwarcowego do skrajnie niskich wartości.
Jak dokładnie przebiegał eksperyment? Najpierw materiał o wysokiej czystości został wzbudzony za pośrednictwem promieniowania laserowego. Różnica energii między promieniowaniem związanym z wiązką, a tym wydzielanym przez oświetlany materiał sprawia, że energia jest pochłaniana w formie ciepła. W ten sposób próbka staje się chłodniejsza, co było oczywiście na rękę naukowcom.
Rekord chłodzenia ustanowiony przez naukowców z Niemiec i Stanów Zjednoczonych dotyczył tzw. szkła kwarcowego
Co ciekawe, przez długie lata wydawało się, że będzie to niemożliwe – przynajmniej w odniesieniu do szkła kwarcowego. W 2019 roku doszło do pewnego przełomu, ponieważ chłodzenie się udało, choć dotyczyło mieszanki z iterbem, a obniżona temperatura nie zadowalała fizyków. Postanowili zmienić skład próbek i usprawnić lasery wykorzystywane w procesie chłodzenia. Po kilku latach powtórzyli swoje wysiłki i uzyskali jeszcze bardziej imponujące rezultaty.
Pręt wykonany ze szkła kwarcowego i iterbu został schłodzony z temperatury pokojowej i osiągnął temperaturę rzędu -206 stopni Celsjusza. Do osiągnięcia tego celu potrzeba było zaledwie dwóch minut i użycia laser o mocy 97 watów oraz o długości fali wynoszącej 1032 nanometry.
Czytaj też: W Wielkiej Brytanii pojawiło się kwantowe tornado. Naukowcy maczali w tym palce
Czy z uzyskanych rezultatów mogą wynikać jakieś praktyczne korzyści? Jak najbardziej! Zdaniem samych zainteresowanych w grę wchodzi przede wszystkim tworzenie jeszcze bardziej zaawansowanych laserów oraz wzmacniaczy, które mogłyby być później użyte w metrologii czy eksperymentach kwantowych. Poza tym usprawniona powinna zostać analiza materiałów czy diagnostyka medyczna oparta na kriomikroskopii oraz spektroskopii gamma. Naukowcy dodają, iż nie jest to ich ostatnie słowo i w przyszłości będą chcieli dokonać jeszcze bardziej imponującej redukcji temperatury.
