Hogyan készül, és mi a leglassabb dolog a Földön?

2020 / 11 / 17 / Justin Viktor
Hogyan készül, és mi a leglassabb dolog a Földön?
A "lézer" szó a "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", azaz "fény-erősítés stimulált sugárzás-kibocsátás által" kifejezés rövidítése. A lézereket ma már az élet minden területén használjuk, a katonai alkalmazásoktól kezdve, az orvostudományi és kommunikációs rendszereken keresztül, a szkennerek, a fémmegmunkálás, a fotózás, és a holográfia világáig, a lista szinte végtelen. Miért éppen a kísérleti fizika lenne kivétel?  

Lézer és mézer

Meglepőnek hathat, de a lézertudomány létrejötte magának a lézernek a feltalálását is megelőzte. Albert Einstein 1917-ben írta le a lézer és a mézer fogalmát egy tanulmányban, melyben ismételten levezette Max Planck sugárzási törvényét, egy olyan formalizmust használva, ami a valószínűségi együtthatókon (Einstein-együtthatók) alapult.

A lézerek egy keskeny, irányított fénysugarat fókuszálnak egy adott helyre, így kitűnő vágóeszközök,  hevítők és hegesztők. Az összes említett tevékenység hőt termel vagy igényel, miközben a lézersugarak fénysebességgel, majdnem 300 ezer méter másodperces sebességgel haladnak, vagyis a legnagyobb sebességgel, ami az Univerzumban elérhető.

A lassúság dicsérete

Egy tárgy hőmérséklete és sebessége között kapcsolat áll fenn. Minél melegebb valami, annál több energiája van és annál gyorsabban mozog, és ez még azokra a dolgokra is igaz, melyek tökéletesen mozdulatlannak tűnnek, mint például egy épület, vagy egy szikla, vagy egy számítógép, vagy a cikk írójának részecskéi. Mikroszkópikus szinten a részecskék, melyek felépítik őket gyorsan mozognak, oszcillálnak. 

A férfiak testének 60, a nők testének pedig 50 százaléka víz, és a vízmolekulák óránként több száz kilométert is megtesznek mozogásuk során.

Bose-Einstein kondenzátum

Ezek után talán meglepő lehet, de a lézereket hűtésre is használjuk. A kvantummechanika világában a részecskék néha hullámként viselkednek, és néha két különböző helyen is lehetnek egyszerre. Ha ezt a világot akarjuk tanulmányozni lézerekkel rendkívül alacsony hőmérsékletű atomfelhőket állíthatunk elő, melyek a Földön fellelhető leghidegebb dolgok közé tartoznak, és Bose-Einstein kondenzátumoknak nevezünk őket. Amikor az atomokat az abszolút nulla fok közelébe hűtjük, azok elkezdenek a kvantummechanika törvényei szerint viselkedni.

Az ultrahideg atomfelhők tanulmányozása segíthet más különös furcsa anyagok, például a szupravezetők tanulmányozásában. 1995-ben a kutatók minden addiginál alacsonyabb hőmérsékletre hűtötték az atomokat, és ezzel végre sikerült létrehozniuk azt az új anyagállapotot, melyet még Albert Einstein jósolt meg. 


A képen pillanatfelvételt láthatunk, az atomok a ritkásabb vörös, sárga és zöld területekről a rendkívül sűrű kék ​​és fehér területekre kondenzálódnak, sűrűsödnek. (Kép: NIST / JILA / CU-Boulder)

A leglassabb dolog a Földön

De hogyan hűtenek le a lézerek egy atomfelhőt? A lézert egy nagyjából 30 centiméteres kamrába helyezett ytterbium atomjaira irányítva, a forró hőmérsékletű atomok már néhány másodperc múlva lehűlnek, lelassulnak és csapdába esnek a kamra közepén.

A lézer fotonokból áll, melyek folyamatosan mozgó energiacsomagok. Amikor lézert irányítunk a kamránkba, az atomok a lézersugárban lévő fotonáramokkal összeütközve lelassulnak és lehűlnek, épp úgy, ahogy a testünkkel is történik, ha gyorsan futunk erős jeges szél ellenében.

A kamrában a kis ütközésekkel, az atomfelhő hőmérséklete néhány milliomod fokkal az abszolút nulla fok fölé kerül. Ez mínusz -272.778 Celsius fok alatt van, de önmagában ettől még nem válik az atomfelhő, a Föld leglassabb dolgává. Ahhoz még egy lépés szükséges, melyet a fizikusok párologtató hűtésnek neveznek.

Elektromágneses tál

Ezek után a fizikusok egy áram alá helyezett elektromos tekercs mágneses terét felhasználva, az összes atomot megragadva, olyan láthatatlan kutat hoznak létre, melyben egy helyben maradnak az atomok, mint üveggolyók egy csésze alján. Lassan leengedve a csésze falait, csökkentve a tekercsen áthaladó áram erősségét, a gyorsabb, melegebb atomok elszökhetnek a „tálból”, és kikerülhetnek a csapdából.

A lassabb atomok viszont helyben maradnak, és ezek maradék hőmérséklete nem lesz több, mint egy fok egymilliomod részének egytizede az abszolút nulla fok fölött. A felhőben lévő atomok mesterségesen lelassított mozgásban vannak, ha egyenes vonalban mozognának, és ide-oda ugrálnának, akkor egy órán át tartana, amíg áthaladnak egy szobán. Összehasonlításképpen, a testünkben található molekulák, a másodperc töredéke alatt áthaladnának ugyanezen a szobán.

Ez tehát a leglassabb dolog a Földön, és lézerrel készül.

(Forrás: TheConversation Kép: Unsplash)

Ez is érdekelhet:

Kvantum fényfacsaró a kvantumzaj csökkentéséhez

Megszületett a világ legrövidebb lézerimpulzusa. De mire jó ez?

Másodpercenként 100 gigabites adattovábbítás kvantum-kaszkád lézerrel


Autót vennél mostanában? Nézz bele a PLAYER AUTÓTESZT ROVATÁBA!
Minden friss és izgalmas autót kipróbálunk, amit csak tudunk, legyen az dízel vagy elektromos, olcsó vagy luxus, kétszemélyes vagy kisbusz!
Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Másfél évszázad után megszűnik az egyik legrégebbi tudományos folyóirat
Másfél évszázad után megszűnik az egyik legrégebbi tudományos folyóirat
Charles Darwin felfedezéseiről újdonságként számolhatott be a Popular Science a tizenkilencedik század végén.
Mi történik a világban és az Univerzumban egyetlen másodperc leforgása alatt?
Mi történik a világban és az Univerzumban egyetlen másodperc leforgása alatt?
Egy másodperc egy szemvillanás – mégis ezen idő alatt is elképesztő mértékben történnek dolgok – velünk emberekkel, és odafent a Kozmoszban.
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.