Faisceau d'atomes froids sans refroidissement laser
26.01.2023
Des physiciens américains sont parvenus à obtenir des atomes de lithium d'une température de 10 millikelvins en les refroidissant dans un courant d'hélium gazeux et en les piégeant dans un piège magnétique. En termes d'efficacité, leur méthode s'est avérée pas pire que le refroidissement par laser, mais elle peut être utilisée avec un grand nombre de types d'atomes et élargir le domaine d'application des faisceaux atomiques froids.
Il est beaucoup plus facile pour les physiciens expérimentaux de travailler avec des atomes, des ions et des molécules à l'état refroidi. Le refroidissement à des températures inférieures à un kelvin minimise l'énergie cinétique des particules, ce qui les rend plus contrôlables. Ainsi, ils peuvent être aiguisés en pièges, utilisés pour des expériences de mesure de haute précision, telles que l'interférométrie atomique, ainsi que pour l'étude de phénomènes quantiques et de formes exotiques de la matière.
Dans leur nouvelle expérience, des physiciens de l'Université du Texas à Austin ont proposé une nouvelle façon de produire des faisceaux continus d'atomes refroidis.
La méthode la plus utilisée pour refroidir les atomes est le refroidissement par laser, qui repose sur l'absorption de la lumière par les atomes. Une fréquence correctement choisie en dessous de la transition résonnante dans l'atome entraînera la particule à gaspiller son énergie cinétique, à ralentir et finalement à se refroidir. Cependant, malgré le succès de la méthode, elle ne convient pas à tous les atomes et impose également des restrictions à certaines expériences avec des particules.
Une autre façon d'obtenir des faisceaux froids d'atomes et de molécules consiste à utiliser un gaz tampon. La méthode de refroidissement par gaz tampon fonctionne en dissipant l'énergie des particules d'intérêt par des collisions élastiques avec des atomes froids d'un gaz inerte, comme l'hélium ou le néon. Étant donné que ce mécanisme de refroidissement ne dépend pas de la structure interne des particules (contrairement au refroidissement par laser), le refroidissement par gaz tampon est applicable à presque tous les atomes ou petites molécules.
La température du faisceau des atomes résultants est généralement comprise entre un et plusieurs kelvins. Des températures plus basses peuvent être atteintes en utilisant des jets supersoniques de gaz inertes, avec lesquels les particules sont refroidies par l'expansion adiabatique du gaz porteur.
Dans leur travail, les scientifiques ont décidé de combiner les avantages des deux méthodes et ont créé un faisceau d'atomes de lithium-7, qui s'est refroidi à 10 millikelvins dans une chambre avec une expansion refroidie à l'hélium, libérant un jet supersonique.
Dans l'expérience des chercheurs, l'hélium-4 gazeux est introduit à une vitesse supersonique dans une petite cellule cylindrique, où il est refroidi à une température de 4,4 kelvins. Un faisceau de lithium est dirigé dans le flux d'hélium dont certains atomes sont capturés par le flux d'hélium et refroidis en raison des collisions avec celui-ci. Le jet de gaz détendu est redirigé vers la chambre à vide suivante, et les atomes de lithium sont capturés par une lentille magnétique hexapolaire, qui les focalise en influençant le moment magnétique. Les atomes d'hélium ne sont pas focalisés par un aimant et continuent donc à se déplacer selon des trajectoires balistiques jusqu'à ce qu'ils touchent la surface.
Ainsi, les scientifiques peuvent obtenir le flux maximal d'atomes de lithium à la température la plus basse possible. Les expérimentateurs notent qu'une conception améliorée de la chambre pourrait décupler le flux et que l'approche elle-même pourrait être adaptée à d'autres atomes et molécules, que les scientifiques prévoient de tester dans des travaux futurs.
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| Nouvelles aléatoires de l'Archive La biobatterie est implantée sous la peau
28.12.2002
A. Heller de l'Université du Texas a développé une "biobatterie" - un appareil miniature qui est implanté sous la peau ou dans le canal rachidien et reçoit de l'électricité en raison de l'oxydation du glucose directement dans le corps.
L'énergie générée par cette batterie est suffisante pour alimenter des capteurs tels que la glycémie. La batterie se compose de deux électrodes - des fibres de 2 cm de long et de 7 microns d'épaisseur. L'une des fibres, recouverte d'un matériau polymère spécial, porte à sa surface des molécules de glucose oxydase, une enzyme qui catalyse l'oxydation du glucose.
Le revêtement polymère assure le contact entre les molécules d'enzymes et la fibre, ainsi que le « drainage » des électrons sur celle-ci. L'autre fibre contient des molécules d'une autre enzyme attachée, qui donne des électrons aux atomes d'oxygène. Ainsi, un gradient de densité électronique se forme entre les deux fibres, ce qui permet d'obtenir un courant électrique.
La puissance d'une telle pile est d'environ 2 microwatts, ce qui correspond approximativement à la puissance d'une pile de montre.
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