Los diminutos "skimmers" en forma de cono utilizados en experimentos que buscan fenómenos químicos cuánticos exóticos se parecen a los mecanismos de admisión de los motores de los aviones, y realizan funciones similares: cada uno dirige el flujo de gas: la admisión del motor controla el suministro de airepara quemar combustible, y el "skimmer" crea haces de átomos o moléculas voladoras frías. Si bien los skimmers han sido un componente necesario en experimentos atómicos y de haz molecular durante décadas, también se sabía que imponían un límite fundamental en el número de partículas.Sin embargo, el Prof. Edvardas Narevicius y su equipo en el Departamento de Física Química del Instituto de Ciencia Weizmann ahora han revelado una forma simple de superar este límite.
Los experimentos de haz frío se llevan a cabo en laboratorios de todo el mundo para observar átomos y moléculas que se comportan de manera cuántica, como, por ejemplo, ondas que interfieren entre sí. Agregar haces juntos, como lo hacen Narevicius y su grupo en su laboratorio, crea reacciones químicas nuevas e interesantes.
Narevicius explica que el enfriamiento extremo necesario para tales experimentos, cerca del cero absoluto, se logra al rociar un gas de átomos o moléculas a través de una pequeña boquilla en una cámara de vacío, desde alta presión hasta casi ninguna.el experimento se extendió, formando una nube de átomos muy fría que se mueve muy rápido. Se utilizan skimmers para dirigir algunos de estos átomos hacia un haz. "Uno pensaría", dice Narevicius, "que si el gas en el recipiente está en unpresión más alta, y por lo tanto libera más átomos a la vez en la cámara de vacío, el haz resultante tendría una densidad más alta. Pero ese no es el caso. Por encima de cierta presión, la densidad se nivela. Los investigadores no han sabido cómo superar este límite,colocando muchos experimentos interesantes fuera del alcance "
"Este fue un problema perfecto para mi estudiante, Yair Segev", agrega Narevicius. Segev llegó al Instituto Weizmann con experiencia en tecnología aeroespacial y física. Comenzando con un algoritmo utilizado por ingenieros aeroespaciales para modelar flujos altos en la atmósfera, élcrearon simulaciones del flujo de partículas en los skimmers. Estas simulaciones revelaron la existencia de ondas de choque dentro de los conos de skimmer, que bloquearon el flujo posterior de partículas en el haz. Este fenómeno surge de las interacciones entre las partículas del haz y el cono: las partículas rebotanskimmer a altas velocidades, colisionando e interrumpiendo el flujo del haz. Las altas velocidades reflejadas resultan de la superficie "caliente" es decir, a temperatura ambiente del skimmer, por lo que Segev intentó la simulación con skimmers enfriados. Los resultados mostraron una reducción significativa enlas ondas de choque, así como haces mucho más densos detrás de ellos.
Luego, el equipo realizó experimentos con varios haces moleculares, enfriando sus skimmers a temperaturas progresivamente más bajas. Realizar las pruebas con neón y otros tipos de plasma fluorescente les permitió observar claramente los resultados coloridos. Los investigadores encontraron que la forma de las ondas de choque eracambió significativamente y la densidad de los haces aumentó con el enfriamiento del skimmer, alcanzando su punto máximo cuando la temperatura estaba por debajo de algunas decenas de grados por encima del cero absoluto, lo suficientemente frío como para congelar los átomos hasta la punta del cono y así permitir que el resto fluya "sinsentir cualquier perturbación del skimmer ", dice Narevicius.
"Las ondas de choque en y alrededor de los skimmers resultan ser similares a las que experimenta una nave espacial cuando cruza el límite entre el vacío del espacio y la atmósfera superior", dice Segev. "En ambos casos, suprimir el calor transferido entrela superficie y el gas pueden cambiar drásticamente la forma del flujo. En la nave espacial queremos evitar que la atmósfera caliente el caparazón, mientras que en nuestros experimentos queremos evitar que el skimmer caliente nuestros rayos fríos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Weizmann . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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