Molekylær springvand fører mig til mere præcis måling af fysiske konstanter

(Phys.org) – Et team af forskere ved Vrije Universiteit Amsterdam har bygget, for første gang, en molekylær springvand. Gruppen har offentliggjort et papir i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve beskriver hvordan de skabte springvandet, hvordan det fungerer og deres ideer om, hvordan det kan bruges til mere præcist at måle fysiske konstanter.

Forskere udviklede atomfontæner tilbage i 1980'erne, og siden dengang er de blevet anvendt til et utal af applikationer, det mest kendte eksempel er sandsynligvis atomuret. Formålet med en atomkilde er at gøre det muligt at måle egenskaberne ved atomer, der bevæger sig ved relativt lave hastigheder. De sænkede hastigheder skyldes den måde, springvandet fungerer på - atomer afkøles til en meget lav temperatur og skydes derefter opad, hvor de til sidst bremser, stoppe og begynde at falde på grund af tyngdekraften. Et atomur fungerer ved at indstille et atoms indre tilstand, før det skydes opad, og derefter notere minutskiftet til dets indre tilstand, når det kommer ned igen. Forskere vil gerne have adgang til et lignende springvand, der fungerer på molekylært niveau, fordi de mener, at det kunne bruges til mere præcist at måle fysiske konstanter, hvilket igen kunne hjælpe med streng test af standardmodellen. Desværre, indtil nu, det var ikke muligt på grund af vanskeligheden ved at afkøle molekyler uden at få dem til at sprede sig. I denne nye indsats, det problem har forskerne overvundet.

For at skabe det molekylære springvand, forskerne afkølede ammoniakmolekyler ved at kombinere to tidligere teknikker og anvende dem på en molekylær stråle. Den første involverede at påføre spændinger hurtigt skiftende for at fjerne energi fra strålen. Den anden involverede at anvende højspænding, der var jævnt varieret for konstant at kunne sænke strålens potentiale såvel som dens hastighed. Når molekylerne var bremset i en fælde, de blev fyret opad på en sådan måde, at de fik ændringer i hastighed og position. De blev derefter ioniseret med en laser og målt af en detektordisk.

Enheden er endnu ikke i stand til at tilbyde fysiske konstante målinger, imidlertid, fordi det kun er i stand til at detektere et enkelt molekyle for hver fem gentagelser af springvandssprængningen, som virker til mindre end en detektion pr. sekund. Det betyder, at det vil tage meget tid at indsamle nok information fra et enkelt springvand til at foretage reelle målinger. Heldigvis, da flere gentagelser vil producere yderligere data, hvilket tyder på, at meget præcise målinger med sikkerhed vil komme i den nærmeste fremtid.

© 2017 Phys.org