தனிப்பயனாக்கப்பட்ட காந்த-ஒளியியல் பொறி இண்டியம் அணுக்களின் மூலம் முழுமையான பூஜ்ஜியத்திற்கு அருகில் குளிர்வித்தல்

சிங்கப்பூர் தேசிய பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு இண்டியம் அணுக்களை பூஜ்ஜியத்திற்கு அருகில் குளிர்விக்க தனிப்பயனாக்கப்பட்ட காந்த-ஒளியியல் பொறியை (MOT- Magneto-Optical Trap) உருவாக்கியுள்ளது. இயற்பியல் விமர்சனம் ஏ இதழில் வெளியிடப்பட்ட அவர்களின் ஆய்வறிக்கையில், மில்லியன் கணக்கான இண்டியம் அணுக்களை குளிர்விக்கும் போது அவர்களின் MOT மற்றும் அதன் செயல்திறனைத் தனிப்பயனாக்குவதைக் குழு விவரிக்கிறது.

சில அணு வாயுக்களை குளிர்விப்பது அணுக்களுக்கு தனித்துவமான மற்றும் சில நேரங்களில் பயனுள்ள பண்புகளை வழங்குகிறது என்று விஞ்ஞானிகள் கண்டுபிடித்துள்ளனர். குவாண்டம் உணரிகள் மற்றும் அணு கடிகாரங்களை உருவாக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தினர். அணு வாயுக்களை குளிர்விக்க, விண்வெளியில் மாறுபடும் காந்தப்புலத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் எரிவாயு மேகங்களை குளிரச்செய்ய MOT-களைப் பயன்படுத்துகிறார்கள், பின்னர் அணுக்களை அவற்றின் தரைநிலையிலிருந்து வெளியே தள்ள லேசரைச் சுடுகிறார்கள். துரதிர்ஷ்டவசமாக, இந்த நுட்பம் கால அட்டவணையில் உள்ள சில அணுக் குழுக்களுக்கு மட்டுமே வேலை செய்கிறது. இதுவரை, இது கார பூமி மற்றும் கார உலோகங்களுக்கு மட்டுமே வேலை செய்தது, அதாவது நவீன ஆவர்த்தன அட்டவணையில் உள்ள பெரும்பாலான அணுக்கள் மிகவும் குளிர்ந்த வெப்பநிலையில் சோதிக்கப்படவில்லை.

தரை நிலை மாற்றங்களைப் பயன்படுத்துவதற்குப் பதிலாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்கள் MOT-இல் மெட்டாஸ்டேபிள் நிலை மாற்றத்தைப் பயன்படுத்தினர். இது இண்டியம் அணுக்களுடன் வேலை செய்யும் வகையில் மாற்றியமைக்க வேண்டியிருந்தது.

மறுசீரமைப்பு முடிந்ததும், ஆராய்ச்சியாளர்கள் 5 பில்லியனுக்கும் அதிகமான இண்டியம்-115 அணுக்களால் ஆன MOT-ஐ உருவாக்கினர். அவற்றின் மாற்றங்கள் அணுக்களை 12.3 வினாடிகளுக்கு தோராயமாக 1 mK-க்கு குளிர்விக்க அனுமதிப்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர், இது மற்ற அணுக்களை குளிர்விக்க MOT-கள் பயன்படுத்தப்பட்ட அதே நேரமாகும். மற்ற வகை அணுக்களையும் குளிர்விக்க பொதுவாக MOT-கள் மாற்றப்படலாம் என்று அவர்கள் பரிந்துரைக்கின்றனர்.

குவாண்டம் அளவீடுகளைச் செய்வது போன்ற குளிர்ந்த மேகங்களில் சோதனைகளைச் செய்ய அவர்கள் தனிப்பயனாக்கப்பட்ட MOT-ஐ இன்னும் பயன்படுத்தவில்லை என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் குறிப்பிடுகின்றனர், ஆனால் அது சாத்தியமில்லை என்பதற்கான காரணத்தை அவர்கள் காணவில்லை. கால அட்டவணையின் பிற பகுதிகளில் உள்ள அணுக்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சியின் புதிய வழிகளைத் திறக்க, அவர்களின் நுட்பத்தை மற்ற ஆராய்ச்சியாளர்கள் பயன்படுத்தலாம் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் முடிவு செய்தனர்.

References:

• Gasparini, A. (2022). New Class of Atom Cooled to Near Absolute Zero. Physics, 15, s76.
• Ban, H. Y., Jacka, M., Hanssen, J. L., Reader, J., & McClelland, J. J. (2005). Laser cooling transitions in atomic erbium. Optics Express, 13(8), 3185-3195.
• Clement, J. R., & Quinnell, E. H. (1953). Atomic heat of indium below 20° K. Physical Review, 92(2), 258.
• Klöter, B., Weber, C., Haubrich, D., Meschede, D., & Metcalf, H. (2008). Laser cooling of an indium atomic beam enabled by magnetic fields. Physical Review A, 77(3), 033402.
• Lounasmaa, O. V. (1969). New Methods for Approaching Absolute Zero. Scientific American, 221(6), 26-35.