Как замедлить молекулу?

Химические реакции — вещь часто не слишком контролируемая. Скажем, вы выдыхаете, и молекулы азота уносятся из вашего организма на скорости 1 700 км/ч, вдвое быстрее реактивного лайнера. Как управлять этими непоседами? Как заставить их принять участие в нужной реакции?..

Группа исследователей во главе с Сотиром Червенковым (Sotir Chervenkov) из Института квантовой оптики Общества им. Макса Планка (Германия) придумала, как затормозить полярные молекулы, доводя их скорость с 700 км/ч (медленнее того же азота, ибо тяжелее) до весьма умеренных 70 км/ч. Решение было экспериментально продемонстрировано на фторметане, трифторметане и 3,3,3-трифторпропене.

Столь радикальное замедление заставило молекулы названных веществ двигаться так, будто температура уменьшилась со 100 до 1 К — то есть почти до абсолютного нуля. «Жидкий азот может охладить молекулы до сотни кельвинов; нам также известны способы дальнейшего охлаждения молекул до 1 К, — поясняет г-н Червенков. — Но [простых] эффективных методов для работы между этими цифрами пока нет, и особенно это касается способов создания непрерывного потока холодных молекул».

Чтобы добиться таких результатов, физики задействовали банальную центробежную силу. Центрифуга, вращающаяся со скоростью 43 об/c, работала с частицами в 40-сантиметровом вращающемся диске, где они направлялись от периферии к центру. Но что контролировало их на самом диске? А вот что: четыре электрода с переменной полярностью, расположенные в миллиметре друг от друга в углах квадрата, служат направляющими, которые своим электрическим полем удерживают полярные молекулы в нужном месте. А помогают им два дополнительных электрода сбоку, и весь этот комплекс позволяет плавно перемещать молекулы по кривой, прямо противоположной вектору действия центробежной силы центрифуги.

Воздействие, которое в итоге оказывается на молекулы, равно тому же тормозящему эффекту, который они испытали бы, если бы пролетели 2 000 метров вверх, преодолевая гравитационное поле Земли.

Несомненно, есть целый ряд менее эффективных тормозящих систем, работающих с молекулами при помощи электродов. Но там они не контролируют торможение, а сами осуществляют его, что при практически целесообразных значениях силы поля не позволяет говорить о приличном замедлении. И даже если частицы и удаётся замедлить, то из чисто электродного устройства они вылетают «сгустками», а не одним потоком, и это затрудняет их использование для плавного протекания той или иной реакции.

В настоящее время разработчики совершенствуют свой метод, намереваясь замедлять после окончания процедуры «центробежного» торможения уже сбросившие скорость молекулы, предварительно подвергнув их возбуждению при помощи лазера дополнительным электрическим полем. Если таким методом удастся ещё на пару порядков снизить скорость молекул, их можно будет использовать как компоненты квантовых компьютеров, где декогеренция наступает при температурах лишь чуть выше абсолютного нуля и потребность в эффективных потоковых методах охлаждения особенно высока.

Комментарии: