مولکول‌های پتاسیم‑سزیم فوق‌سرد در حالت پایهٔ مطلق ترکیب شدند
توسط دانشگاه اینسبروک
ویرایش شده توسط سِی دی هارلی، بازبینی توسط رابرت ایگان
یادداشت‌های ویراستاران
این مقاله بر اساس فرآیند و سیاست‌های ویراستاری Science X بررسی شده است. ویراستاران ویژگی‌های زیر را برای اطمینان از اعتبار محتوا برجسته کرده‌اند:
تأیید صحت
نشری همتا‌سنجی
منبع معتبر
بازخوانی
پژوهشگران گروه هانس‑کریستوف ناگل اولین مولکول‌های KCs فوق‌سرد جهان را در حالت پایه مطلق تولید کردند. با آغاز ترکیب ابرهای اتمی پتاسیم و سزیم که تقریباً تا دمای صفر مطلق سرد شده بودند، آن‌ها موفق شدند با استفاده از ترکیبی از میدان‌های مغناطیسی و پرتوهای لیزری، جفت‌های آزادانه حرکت‌کنندهٔ اتم‌ها را به مولکول‌های شیمیایی باثبات تبدیل کنند.
این کار در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
مولکول‌ها فقط می‌توانند در واکنش‌های شیمیایی تولید شوند، که همیشه در زمان‌های نامحدد و تصادفی رخ می‌دهند. دماهای بالاتر سرعت واکنش‌ها را افزایش می‌دهند و در دماهای به‌قدر کافی پایین می‌توانند واکنش‌ها را به‌طور کامل متوقف کنند. اما این نکات وقتی شیمی توسط فیزیک‌دانان انجام می‌شود، صادق نیست.
در طی ۲۰ سال گذشته، انواع مختلفی از مولکول‌ها در مخلوط‌های گازی در دماهایی نزدیک به صفر مطلق تولید شده‌اند، به‌کارگیری روش‌هایی که زمان دقیق تشکیل مولکول‌ها را به چند میکروثانیه محدود می‌کند.
تا به‌تازگی، KCs به‌عنوان یک خلأ بزرگ در جدول ترکیب‌های ممکن عناصر که قبلاً به همین شیوه به‌مولکول تبدیل شده‌اند، باقی می‌ماند.
مخلوط‌سازی دشوار است
برای ترکیب مولکول‌ها به‌صورت کنترل‌شده، ابتدا باید با مخلوطی از گازهای اتمی فوق‌سرد شروع کرد. اگرچه تهیه چنین گازهایی با یک عنصر به‌عنوان یک تکنیک آزمایشی استاندارد در سراسر جهان تبدیل شده است، سردشده همزمان دو عنصر مسألهٔ متفاوتی است.
«پتاسیم و سزیم آخرین عناصر قلیایی بودند که به‌تنهایی به تقطیر بوز‑آینشتین (Bose‑Einstein condensation) رسیدند»، می‌گوید چارلی بولن‌کمپ، یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، «که نشان می‌دهد کنترل آن‌ها چقدر دشوار است. سرد کردن همزمان این دو عنصر چالشی در سطحی کاملاً متفاوت است.»
خوشبختانه، به‌دست آوردن این چالش به‌دلیل پشتکار تیم اینسبروک سرانجام ممکن شد.
گام جسورانهٔ کوانتومی
گام اول ترکیب مولکول‌های فوق‌سرد، «مغناطیس‑پیوند» نامیده می‌شود که در آن اتم‌های نزدیک از عناصر مختلف با عبور میدان مغناطیسی خارجی از یک نقطهٔ رزونانسی، به‌جفت‌های باند شده تبدیل می‌شوند.
این جفت‌ها تنها به‌صورت ضعیف بایند شده‌اند و به‌راحتی می‌توان آن‌ها را جدا کرد؛ می‌توان گفت که اتم‌ها اکنون نامزد شده‌اند، اما هنوز ازدواج نکرده‌اند.
برای ثابت‌سازی شیمیایی این مولکول‌ها، باید به حالتی که به «حالت پایه مطلق» شناخته می‌شود، منتقل شوند؛ حالتی که از میان تمام حالات ممکن یک مولکول، کم‌ترین انرژی را دارد.
انتقال‌ها بین حالت‌های داخلی مختلف اتم‌ها یا مولکول‌ها معمولاً با نور لیزری تنظیم‌شده به فرکانس مناسب انجام می‌شود، اما در این مورد انتقال مستقیم ممنوع است؛ لذا نیاز به استفاده از یک حالت میانی به‌عنوان نقطهٔ محوری وجود دارد.
«جفت‌های مغناطیس‑پیوندی و مولکول‌های حالت پایه موجودات بسیار متفاوتی‌اند»، توضیح می‌دهد کرزیستوف زامارسکی، نویسندهٔ دیگر این کار، «و تبدیل یکی به دیگری همانند پرش میله‌ای از دل یک دره است. برای انجام این کار، باید نقطهٔ پشتیبانی برای میله پیدا کرد؛ نقطه‌ای که باید یک سنگ کوچک باشد که به سختی در تاریکی دیده می‌شود. یافتن چنین نقطه‌ای، مشکل اصلی است که در مسیر تولید مولکول‌های فوق‌سرد باید حل شود.»
سیستم ساده برای مطالعهٔ مواد
سنتز مولکولی کوانتومی فقط می‌تواند چند هزار مولکول در هر بار تولید کند، بنابراین به‌زودی جایگزین شیمی سنتی نخواهد شد. با این حال، کاربردهای جذاب دیگری نیز دارد. یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های فیزیک مدرن این است که چرا برخی مواد خاصیت‌های عجیب‌غریبی مانند ابررسانایی را نشان می‌دهند.
این پدیده‌ها به‌دلیل تعداد زیاد ذرات درگیر، به‌صورت نظری توصیف دشواری دارند، و مطالعهٔ تجربی آن‌ها نیز به‌دلیل مقیاس‌های طولی بسیار کوچک که در آن رخ می‌دهند و نقص‌های موجود در مواد واقعی، چالش‌برانگیز است. در اینجا گازهای فوق‌سرد، به‌ویژه گازهای مولکولی، وارد صحنه می‌شوند.
به‌دلیل داشتن لحظهٔ دو‌قطبی الکتریکی بزرگ، مولکول‌هایی که از دو عنصر مختلف تشکیل شده‌اند، می‌توانند در فواصل طولانی با یک‌دیگر تعامل کنند و رفتار الکترون‌های سامانه‌های جامد را شبیه‌سازی کنند. همزمان، دمای پایین آن‌ها امکان مهار آن‌ها با نور لیزری و دستکاری بیشتر با تکنیک‌های مختلف را فراهم می‌کند.
«قاب‌گیری مولکول‌ها در هندسه‌ای که شبیه به بلورهای واقعی است، به ما این امکان را می‌دهد تا دینامیک‌های کوانتومی حاکم بر مواد عجیب را به‌طور مستقیم مشاهده کنیم»، می‌گوید هانس‑کریستوف ناگل از بخش فیزیک آزمایشگاهی دانشگاه اینسبروک، «که ایدهٔ شبیه‌سازی‌های کوانتومی تجربه‌ای است.»
اطلاعات بیشتر: Krzysztof P. Zamarski et al, Spectroscopy and Ground-State Transfer of Ultracold Bosonic 39K133Cs Molecules Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/gjzh-8dsb
اطلاعات مجله: Physical Review Letters
ارائه‌شده توسط دانشگاه اینسبروک
منبع: Ultracold potassium-cesium molecules assembled in absolute ground state (2025, November 17) retrieved 21 November 2025 from https://phys.org/news/2025-11-ultracold-potassium-cesium-molecules-absolute.html
این سند تحت حقوق تکثیر قرار دارد. به‌جز موارد استفاده منصفانه به‌منظور مطالعه یا تحقیق شخصی، هیچ بخشی بدون اجازه‌نویسی قابل تکثیر نیست. محتوای این سند صرفاً برای مقاصد اطلاع‌رسانی ارائه شده است.