EKSPERIMENTI

Pripremio: S . Stojiljković

Molekuli

Postojano do 2,5 sekunde

Kad se valjano ohlade, oni su postojani i potraju jer se ne sudaraju sa svojom pomahnitalom sabraćom. Američki fizičari su ih nedavno zamrzli su na temperaturu blizu najniže moguće u kosmosu , maltene na apsolutnu nulu!

Na temperaturi blizu apsolutne nule (Ilustracija MIT)

Molekuli nemaju druga posla, stalno se u vazduhu sudaraju. Saobraćajci bi doslovce poludeli u toj pometnji. Ali mi to - na sreću ili nažalost - ne vidimo. I šta preduzeti: uveli biste nekakvo ograničenje da ne jure stotinama kilometara na sat, možda i brže?

Američki fizičari su im nedavno doskočili: zamrzli su ih na temperaturu gotovo blisku najnižoj mogućoj u kosmosu - apsolutnoj nuli. E u ovim uslovima natenane ih posmatraju i izučavaju kako mile na okupu, jer se ponašaju kao neko združeno telo. I ne samo to: u takvom stanju oni ispoljavaju veoma nebična svojstva, kakva ranije nisu uočena u fizičkom svetu.

D uboko zamrzavanje mo l ekulima ne škodi, a naučnicima može da koristi!

U čuvenom Masačusetskom institutu za tehnologiju (MIT) upriličili su takav ogled s natrijum-kalijumovim gasom ( NaK ) ohladivši molekule na 500 milijarditih delića Kelvinovovog stepena (nanokelvina), a to je za dlaku iznad apsolutne nule koja iznosi minus 273,150 Celzijusova stepena (nula Kelvina). O d toga niže nema nigde u svekolikom beskraju koji nas okružuje! (Apsolutna nula uslovno označava temperaturu, a u suštini je stanje materije koja ima najnižu energiju).

Jednostavni se lakše hlade

Kad se valjano zamrznu, molekuli su postojani i potraju jer se ne sudaraju sa svojom pomahnitalom sabraćom. Povrh svega, pokazuju izvesne odlike dipola (par jednakih, ali suprotnih naboja) - izrazitu neravnotežu u naelektrisanju u samim molekulima koji posreduju u nalik-magnetskim silama na velikim rastojanjima.

Glavni istraživač, prof. dr Martin Zvirlejn, objašnjava: uobičajeno nabijeni energijom, molekuli trepereći i okrećući se oko sebe kreću se prostorom pomamnom brzinom, a duboko ohlađeni u grupi kao da su uzapćeni - pomeraju se prosečno nekoliko santimetara u sekundi i u najmanjem stepenu titraju i okreću se.

„Veoma smo blizu temperature na kojoj kvantna mehanika igra veliku ulogu u kretanju molekula ”, smatra on. „Više nisu u stanju da unaokolo jurcaju kao snažno udarene bilijarske kugle, već se pomiču u vidu kvantnomehaničkih talasa. Sa izuzetno ohlađenima možete da posmatrate veoma raznolika stanja materije – kao što su supertečni kristali bez imalo trenja koji su u najmanju ruku čudnovati. I to dugo nije moglo da se opazi, iako je teorijski predviđeno. ”

Dovoljan razlog za uzbuđenje među naučnicima, zar ne?

Naučni članak koji sve to opisuje objavljen je u uglednom časopisu „ Fizikal rivju leters”.

Svaki molekul sastavljen je od pojednačnih atoma, a najednostavniji podsećaju na đule i sačinjeni su od dva atoma povezana elektromagnetskom silom. Upravo je takav u laboratoriji sklopljen od jednog atoma natrijuma i jednog kalijuma. Zašto? Zato što se atomi jednostavnog sklopa lakše rashlađuju. Podsetimo da je neposredno hlađenje svakoga ponaosob vrlo otežano zbog toga što su vrlo nestašni, odlikuju se mnogim stepenima slobode – u premeštanju, titranju i obrtanju. U MIT-iju su to imali na umu, stoga su na prvom koraku koristili lasere i takozvano isparavajuće hlađenje da ohlade oblake atoma natrijuma i kalijuma blizu apsolutne nule.

Zatim su ih suštinski povezali u izuzetno hladne molekule, uključivši magnetsko polje da ih podstakne na spajanje, a taj postupak se zove „ Fešbahova rezonancija ” u slavu počivšeg fizičara Hermana Fešbaha koji je radio u Masačusetskom institutu za tehnologiju. „To je kao podešavanje vašeg radija da bude u rezonanciji s nekom stanicom ”, objašnjava Martin Zvirlejn. „Takvi atomi počnu o da titraju zajedno oblikujući molekul ” . (Rezonancija je, slobodno rečeno, odzvanjanje).

Majstore, zasviraj moju om i ljenu!

Iako su pomenute spone bile prilično slabe, nestala je neka vrsta „paperjastog molekula ” koji vrlo malo treperi du ž duga č kih slaba š nih spojeva . Kako atome zbli ž iti i molekul osna ž iti ? Istra ž iva č i su pribegli zahvatu koji je prvi put iz v eden 2008. na Univerzitetu Kolorado s kalijum - rubidijumom ( KRb ) i na Univerzitetu Insbruk s nepolarnim cezijumom ( Ce 2 ).

Novostvoreni molekuli natrijuma - kalijuma ( NaK ) su , stoga , izlo ž e n i delovanju para lasera visoke i niske u č estalosti da bili naterani da izgube raspolo ž ivu energiju treperenja . Šta se dogodilo? Maltene su se sasvim umirili, jer im je znatno smanjena energija. Dovedeni su u stanje najmanjeg mogućeg titranja i obrtanja. U temperaturnom smislu, kao da je neko nevidljivom sisaljkom isisao 7.500 Kelvinovih stepeni!

U potonjim ogledima uočeno je da je rečeni molekularni gas ostao dugo postojan, otprilike dve i po sekunde. Molekuli natrijuma i kalijuma su, inače, hemijski stabilni i jedva su podložni sudaranju. A to znači da će naučnici imati retku priliku da duže posmatraju i proučavaju novo stanje materije. Ali to nije dovoljno, hlađenje mora da se nastavi: sada su na 500 milijarditih delića Kelvinovog stepena (nanokelvina), što je izvanredno. Gotovo desetostruko hladnije nego do sada!

Majstore, zasviraj moju omiljenu!

S . Stojiljković

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"