Знание-сила, 1997 № 04 (838)
Шрифт:
Больше семидесяти лет красивую гипотезу не удавалось проверить, поскольку никто не мог охладить газ до столь низкой температуры. Но в 1995 году группа физиков под руководством Эрика Корнелла из американского Национального института стандартов и технологии и Карла Бимана из Колорадского университета удалось выполнить эту задачу при помощи комбинации магнитных полей и лазерного луча. Они охлаждали рубидий до тех нор, пока около двух тысяч его атомов не слиплись в нечто единое.
Физики использовали крошечный шарик рубидия, который окружало облачко его диффузных паров. Они охладили шарик и пары до ста семидесяти миллиардных долей градуса, а потом дошли до двадцати миллиардных градуса. Это в триста раз меньше,
Атомы в конденсате объединены в нечто целое, как взвод солдат, подчиняющихся приказу невидимого командира.
• Пики на рисунке отражают три последовательных состояния пяти миллионов атомов натрия при их охлаждении до миллиардных долей градуса. Самый правый пик — холоднее всего.
• Одни из героев заметки — Эрик Корнелл (слева) и Карл Виман — у своей установки.
Нормальные атомы при комнатной температуре движутся со скоростями около двух тысяч километров в час, а охлажденные до рекордного холода замедлились до одного метра в секунду. Достигалось такое замедление тем, что атомы «обрабатывали» лучами лазера. Это позволило охладить их до двадцати миллионных градуса. После этого около десяти миллионов холодных атомов были заперты в магнитную ловушку и охлаждать дальше их стали, выкидывая самые «горячие» атомы, то есть самые быстрые. Этот процесс был очень похож на то, как дуешь на чашку с чаем, стараясь остудить ее содержимое: поток воздуха уносит самые энергичные молекулы воды, которым удается взлететь над поверхностью жидкости на самое большое расстояние. Остаются те, что «похолоднее». Вместо воздуха в эксперименте использовали специальные радиоволны.
Самые «холодные» атомы, к сожалению, имеют печальное свойство просто-напросто падать вниз из ловушки, и авторам открытия пришлось модернизировать ее так, чтобы не растерять драгоценные «ледышки».
К сожалению, экспериментаторы не могли наблюдать конденсат непосредственно — габаритами он был всего с десяток микронов. Они поступили по-другому: выключили свою магнитную ловушку и позволили облаку рубидиевых атомов расширяться. Когда стало возможно измерить размеры этою облака, они как бы запустили «кино назад» и рассчитали, какой был объем у облака в момент выключения поля. Расчеты показали, что в начале был конденсат.
Авторы сравнивают его с лазерным лучом. Обычный свет — это фотоны, летящие совершенно хаотичным образом, а лазерный луч — это тот же поток, только упорядоченный. Гак и атомы в конденсате: они объединены в нечто целое, как взвод солдат, подчиняющихся приказу невидимого командира.
Группа же Кеттерле в 1996 году получила гораздо более наглядные результаты — пять миллионов атомов натрия в течение двадцати секунд сохраняли форму карандаша длиной в полтораста и шириной около восьми микрон (этот «карандаш» хорошо виден на рисунке: три горки слева направо означают постепенное понижение температуры). Полученный объем был в тысячу раз больше, чем достигнутый их предшественниками. Исследователи направили на конденсат лазерный луч и наблюдали, что он отклоняет
После такого успеха группа Кеттерле планирует заняться исследованием других свойств конденсата: померить в нем скорость звука и попытаться перевести его в возбужденное состояние. Что такое возбужденное состояние одиночного атома, всем хорошо известно, но вот чего ожидать от одновременного возбуждения пяти миллионов атомов — никто не может предсказать. А конденсат обязан вести себя, как единое целое. В мире атомов пришла пора коллективизации — что- то будет! •
МЕЖДУ НЕБОМ И ЗЕМЛЕЙ
Письмо в бутылке
Конечно, не совсем в бутылке — это раньше письма запрятывали в пустой сосуд и вверяли их судьбу волнам. Теперь с аналогичной миссией посылают космические корабли. В этом году на совместном заседании экспертов НАСА и европейского космического агентства должен быть одобрен полет корабля «Кассини» к Титану, одной из лун Юпитера. Полет должен состояться через три года. Это будет самый тяжелый из всех беспилотных кораблей. Чтобы достичь своей цели к две тысячи четвертому году, «Кассини» придется проделать достаточно извилистый путь: он обогнет Венеру, Землю, опять Венеру, потом Юпитер — иначе не получается. «Кассини» будет состоять из двух частей — орбитальной и спускаемой, каждая с обширной научной программой. Оба корабля понесут по письму, написанному на специальном алмазном диске.
В космосе не разъездишься...
В одном из последних полетов американского космического корабля «Дискавери» был проведен не совсем обычный эксперимент: в космическое пространство были выброшены три металлических шара от пяти до пятнадцати сантиметров в диаметре и три иглы длиной от четырех до тринадцати сантиметров. За этими предметами будут наблюдать земные радары, чтобы настроиться на них и затем следить за всеми мелкими осколками, что летают в небесах.
По данным специалистов НАСА, в небесах на орбитах вокруг Земли крутится более семи тысяч объектов диаметром более десяти сантиметров. За всеми ними будут следить и, если они будут к космическому кораблю ближе, чем на километр, корабль будет менять курс в целях безопасности. Следующая цель радаров — пятнадцать тысяч более мелких осколков.
Металлические горы Венеры
Американский космический зонд «Магеллан» провел четыре года, составляя подробную карту Венеры при помощи чувствительного радара. И колоссальной неожиданностью для ученых было то, что вершины гор отражали сигнал радара необычайно сильно, как будто они были покрыты льдом. Но лед не может существовать в очень жаркой венерианской атмосфере.
Американские астрономы из Вашингтона предполагают, что венерианские горы покрыты тонким слоем металла — сульфидом свинца, хлоридом меди или другими, такими как цинк, олово, висмут. Все это разнообразие выбрасывают активные венерианские вулканы.
Стивен Спилберг
Американские студенты из калифорнийского технологического института в Пасадене придумали эксперимент, который они планируют осуществить с помощью космического корабля «Дискавери».