Черное тело притянуло атомы цезия

Черное тело притянуло атомы цезия

Физики впервые экспериментально измерили силу притяжения, которая действует на отдельные атомы цезия со стороны черного тела. Эта сила оказалась в несколько раз больше гравитационной силы и силы давления электромагнитного излучения, пишут авторы работы, опубликованной в Nature Physics.

Эффект теплового излучения тел при комнатной температуре, которое возникает за счет наличия у тела внутренней энергии, становится хоть сколько-то значимым при измерении очень маленьких сил. Например, при работе атомных часов это может привести к дополнительной ошибке в одну секунду в сто тысяч лет, что может примерно на три порядка понизить их максимальную точность. Тем не менее, в случае равномерного электромагнитного поля, этот эффект довольно незначителен. Однако несколько лет назад ученые показали, что в случае пространственно неоднородного распределения теплового излучения оно может приводить к возникновению силы притяжения, действующей на атомы, которая значительно превосходит эффект давления электромагнитного излучения, которое создается за счет поглощения фотонов, а также силу гравитационного притяжения.

Чтобы проверить этот эффект количественно, группа физиков из США, Великобритании и Австрии под руководством Хольгера Мюллера (Holger Müller) из Калифорнийского университета в Беркли экспериментально измерила силу притяжения, которая действует на движущийся атом цезия со стороны вольфрамового цилиндра сантиметрового размера. С помощью лазера атомы цезия охлаждали до температуры 300 нанокельвинов и запускали их в сторону нагретого вольфрамового цилиндра. Температуру цилиндра авторы исследования меняли в диапазоне от комнатной температуры до 170 градусов Цельсия. Движение атома цезия регулировалось с помощью последовательности лазерных импульсов разной фазы, разделенных интервалами в 65 миллисекунд. Атом цезия в такой системе ведет себя как волна и вся система работает как атомный интерферометр Маха — Цендера, который позволяет с помощью определения фазового сдвига с высокой точностью измерить действующую на атом силу.

Оказалось, что тепловое излучение со стороны цилиндра действительно приводит к притяжению атомов. Величина силы притяжения (она соответствует ускорению порядка одного микрона на квадратную секунду) как минимум в 10 раз превосходит силу гравитационного притяжения и силу давления теплового излучения во всем исследованном диапазоне температур. Кроме того, ученые установили, что сила пропорциональна четвертой степени температуры цилиндра, что полностью соответствует теоретическим оценкам.

По словам авторов работы, влияние этой силы притяжения необходимо учитывать во всех случаях, когда надо измерить очень маленькие силы с хорошей точностью, в частности при измерении тонких гравитационных эффектов, при интерферометрии и определении фундаментальных констант. По словам авторов, пока не очень понятно, в каких устройствах роль этой силы будет действительно важной, но они допускают, что в ближайшее время такие устройства появятся. Устройство, для которого учет влияния эффектов, связанных с тепловым излучением, важен уже сейчас — атомные часы. Сейчас их максимальная точность составляет 10-17, что означает накопление ошибки в одну секунду за несколько сот миллионов лет, и такие часы работают как раз на основе молекулярных фонтанов из атомов цезия.

N+1

Похожие новости:
Физики опустили температуру калия ниже абсолютного нуля
Немецкие физики создали квантовое облако атомов калия, распределение энергии в котором таково, что его температура имеет отрицательное абсолютное значение. Работа опубликована в журнале Science, а ее краткое содержание приводит ScienceNow. Температура тела отражает среднюю энергию его отдельных атомов или молекул. Обычно большинство ..
2013-01-7 1510 0 Научные открытия
0
В CERN получили антиводород
Ученым из Европейского центра ядерных исследований (CERN) в рамках эксперимента ASACUSA впервые удалось получить антиводород. Об этом сообщается на сайте центра. Статья ученых появилась в журнале Nature Communications. В эксперименте антипротоны, из замедлителя AD, смешивают с позитронами (антиэлектронами) в специальной ..
2014-01-22 1665 1 Научные открытия
0
Ученые синтезировали 117-й элемент таблицы Менделеева
Немецким физикам удалось синтезировать 117-й элемент таблицы Менделеева, сообщает New Scientist. Данный элемент был открыт в 2009 году в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна) и ранее уже был синтезирован учеными из России и США. Первоначально физики из Германии намеревались синтезировать 119-й элемент ..
2014-05-05 2117 0 Научные открытия
0
Физики впервые измерили гравитационную массу антивещества
Исследовательская команда из CERN, работающая с Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA), сообщает о первом прямом измерении воздействия гравитационного эффекта на антиматерию, а именно - антиводорода в свободном падении. "Атомы обычной материи падают вниз, значит ли это, что атомы антиматерии падают ..
2013-05-2 1642 0 Научные открытия
0
Ученые показали танцующие атомы кремния
Физики из Национальной лаборатории Оук-Ридж запечатлели «танцующие» атомы кремния. Статью об этом ученые опубликовали в журнале «Nature» Краткое содержание статьи доступно, в пресс-релизе на сайте лаборатории. Там же размещено видео (.mov) «танца». Ученые продемонстрировали необычное поведение частиц, поместив ..
2013-04-4 1702 0 Научные открытия
0
Физики создали новую форму материи
Ученые из Массачусетского технологического института в США создали сверхтекучее твердое тело из атомов натрия. Для этой цели они использовали лазеры, с помощью которых им удалось придать квантовой жидкости (конденсату Бозе-Эйнштейна) структуру, характерную для кристаллов. Статья исследователей опубликована в журнале Nature.Конденсат ..
2017-03-05 7442 0 Научные открытия
0
Физики увидели «нанозвезды» на фоне «сверхпроводящей вселенной»
Российские физики вместе с французскими коллегами впервые увидели возбужденные состояния вокруг единичных магнитных атомов железа. Они обнаружили, что магнитные атомы создают возмущения, которые выглядят как осциллирующие «нанозвезды» на фоне «сверхпроводящей вселенной». Результаты своих исследований авторы ..
2015-10-13 1376 0 Научные открытия
-1
Немецкие ученые синтезировали новый химический элемент
Физики из Германии синтезировали 117-й элемент таблицы Менделеева. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, кратко с ним можно ознакомиться на сайте New Scientist. Первоначально физики хотели синтезировать 119-й элемент таблицы, но после безуспешных попыток ..
2014-05-06 1538 0 Научные открытия
0
Ученые научились передвигать макрообъекты с помощью света
Международная группа физиков продемонстрировала систему, в которой с помощью света управляла движением макрообъекта – 30-микронного стеклянного "пончика", используя квантово-механические законы микромира. Статья с результатами работы ученых опубликована в журнале Nature. Краткое ее изложение приводится в пресс-релизе ..
2012-02-8 1748 1 Научные открытия
0
НАСА исследует на МКС рекордно холодный квантовый газ
Специалисты НАСА в условиях микрогравитации изучат ультрахолодный квантовый газ. Специалисты собираются исследовать материю при температурах, никогда ранее не наблюдаемых человеком, сообщается на сайте НАСА. Для этого на Международную космическую станцию (МКС) агентство собирается доставить соответствующее оборудование: ..
2014-09-30 1303 0 Научные открытия
-1
Точность квантовой механики: физики раскалывают атом
Исследователи из Боннского университета (University of Bonn) только что показали, как один атом может быть разделён на две половины, которые в последствие могут быть снова соединены вместе, сообщает «PC-News.info». Хотя слово «атом» буквально означает «неделимый», законы квантовой механики ..
2012-06-7 1802 0 Научные открытия
0
Ученые открыли класс термоэлектрических материалов
Австрийские исследователи «вырастили» необычный термоэлектрический материал, который преобразует тепло в электрический ток и имеет несколько перспективных применений в промышленности. Группа ученых из Венского Технологического Университета в Австрии разработала супер-эффективный вид материала, который, как они утверждают, однажды может использоваться для превращения отработанного ..
2013-09-25 1715 0 Научные открытия
0
Физики продемонстрировали работу квантового переключателя
Физики Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Михаила Лукина придумали квантовые переключатели, управлять работой которых можно единичными фотонами. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Nature, кратко с ним можно ознакомиться на сайте Гарвардского университета. В ..
2014-04-25 1630 0 Научные открытия
0
Открыта новая сила, которая превосходит гравитацию
Учёным давно известно, что чёрные тела генерируют излучение, и что это излучение создаёт отталкивающий (репульсивный) эффект. Однако, по данным нового исследования, здесь замешана ещё одна сила, которая действует сходным с гравитацией образом, и притягивает объекты к чёрному телу. Она получила ..
2013-07-29 2128 0 Научные открытия
0
Специалисты CERN впервые записали спектр антиводорода
Знаковый эксперимент по изучению антиматерии провели физики, работающие в коллаборации ALPHA на Большом адронном коллайдере (БАК). Учёные впервые в мире научились определять свойства антивещества, изучать структуру атомов антиводорода. Напомним, что в мае 2011 года специалисты рапортовали о рекордном удержании ..
2012-03-12 1886 0 Научные открытия
0