5. Вырожденный фермионный газ при сверхнизких температурах

5.3 Детали эксперимента

Посмотрим теперь, как проводился эксперимент по получению вырожденного фермионного газа.

Стандартным аппаратом для захвата и удержания облака атомов является магнито-оптическая ловушка. В ней с помощью магнитного поля атомы удерживаются в небольшом объеме в пространстве, а управлять ими можно посредством лазерных импульсов. Более подробную информацию можно найти в [5,6].

Предварительное охлаждение атомов от комнатной температуры до 150 мкК (что само по себе уже немало!) достигается с помощью лазерного света со специально подобранной частотой. За счет эффекта Доплера, лазерный луч взаимодействует только с теми атомами, которые движутся с определенной скоростью. Атомы поглощают фотоны и переизлучают их, при этом их средняя скорость становится меньше. Замедляя таким образом быстрые атомы, экспериментаторы и добиваются такого глубокого охлаждения газа.

Однако, для того, чтобы уменьшить температуру до 1 мкК или ниже, такой способ уже не годится. Здесь приходит на помощь, так называемое, охлаждение испарением: более быстрые атомы могут вылететь из магнитной ловушки, а более медленные -- нет. При этом, конечно, теряется подавляющее количество атомов (скажем, из 100 млн. остается 1 млн.), но и температура оставшихся частиц тоже уменьшается на два порядка.

После того, как газ атомов охладили, надо измерить его основные характеристики. Как, например, измерялась средняя энергия атомов в сгустке? Магнитное поле ловушки резко выключалось, и облако, уже не сдерживаемое внешними силами, начинало расширяться во все стороны. Через определенное время экспериментаторы делали ``моментальную фотографию'' облака, -- т.е. освещали его вспышкой света и регистрировали "тень" от облака. Через зависимость размера этой тени от времени и вычислялась скорость расширения облака, т.е. кинетическая энергия атомов.

Температура измерялась также по этим снимкам -- она однозначно связана с тем, как быстро убывает плотность облака вдали от его центра.

перейти к началу страницы