Фізики продемонстрували збільшення часу життя ультрахолодних молекул у процесах зіткнення шляхом екранування їх взаємодії за допомогою мікрохвильового випромінювання. Вони показали, що екранування можна змінити антиекрануванням, змінюючи конфігурацію молекулярної системи і навколишніх полів. Дослідження опубліковано в.
Дослідження молекул, охолоджених до дуже низьких температур, важливо для розвитку квантових симуляцій, прецизійних вимірювань, ультрахолодної хімії і багато чого іншого. Для цього фізикам потрібно навчитися охолоджувати їх, збирати і утримувати, а також захищати від руйнування. Останній фактор істотно обмежує коло експериментів і явищ, які вчені могли б досліджувати в таких системах.
Головний канал розпаду ультрахолодних молекул - це їх неспругі зіткнення один з одним. Щоб їх уникнути, вчені застосовують екранування, тобто створення додаткового відштовхування між молекулами на відстанях, на яких починаються неспругі процеси взаємодії. На сьогоднішній день вже реалізовано екранування атомів і молекул безліччю різних методів. Наприклад, вчені навчилися захищати ультрахолодні молекули KRb один від одного за допомогою постійних електричних полів. Незважаючи на досягнутий прогрес, фізики постійно шукають нові режими, які б дозволили збільшити час життя таких молекул.
Дослідники з Кореї і США за участю Тіджс Карман (Tijs Karman) з Кембриджського університету використовували мікрохвильове випромінювання, щоб екранувати одна від одної дві молекули CaF, утримуваних оптичними пінцетами. Вони показали, що керуванням параметрами зовнішній полів можна перемикати молекули між режимами екранування та антиекранування, змінюючи їх час життя в 24 рази.
Ідея такого екранування ґрунтується на понятті «одягнених» станів. Якщо дворівневу систему опромінювати («одягати») резонансним змінним полем, то населеність її станів буде осцильовувати з частотою Рабі. Керуючи параметрами поля, можна домогтися того, що між молекулами, що знаходяться в «одягнених» станах, виникне сильна далекодіюча диполь-дипольна взаємодія, яка може бути як притягуючою, так і відштовхуючою. Останнє залежить в тому числі і від того, які саме статки «одягаються» полем.
Для реалізації цього принципу автори попередньо готували дві молекули CaF, спіймані кожна в свою пастку оптичного пінцету, приклавши магнітне поле величиною 27 гаусс. Після чого фізики на якийсь час стикали їх у присутності мікрохвильового поля, розносили в різні боки і за допомогою методу Лід-візуалізації дивилися, розпалися вони чи ні. Таким чином, вчені змогли побудувати частку «вцілілих» молекул залежно від часу взаємодії. Змінюючи конфігурацію «одягнених» станів, автори могли впливати на це число, порівнюючи його з числом «голих» молекул, які не відчували впливу мікрохвилями.
Для екранування молекул фізики «одягали» пару їхніх станів, що складається з основного . «Одягання» мікрохвильовим полем призводило до осциляцій Рабі з частотою приблизно 23 мегагерц. У такій конфігурації дослідники виявили, що характерний час життя екранованих молекул збільшився до 64 мілісекунд проти 10,8 мілісекунд у «голих» молекул. Протилежний ефект - 2,7 мілісекунди, вчені отримали, коли в якості збудженого стану в парі вибрали стан |N=1,J=1/2,F=1,mf=+1 порожній і дещо змінили конфігурацію полів. Такий ефект вони назвали антиекрануванням.
Автори також провели моделювання досліджуваних процесів, і виявили збіг з експериментом. Упевнившись у правильності теоретичної моделі, фізики перевірили гіпотезу про вплив на екранування динамічних штарківських зрушень. Для цього вони провели численні розрахунки для різних магнітних полів і частот Рабі і порівняли їх з експериментом.
У висновку автори зазначають, що запропонована ними техніка екранування може бути застосована до широкого класу полярних молекул, в тому числі і багатоатомних. Вони також відзначили, що екранування не тільки зменшує число неспругих взаємодій, але і збільшує число пружних, що може бути корисно при охолодженні атомних або молекулярних ансамблів.
Холодні атоми і молекули регулярно допомагають вченим дізнатися щось нове. Ми вже розповідали, як фізики уточнили ставлення мас протона і електрона за допомогою холодних молекул і навіть охолодили антиводень, щоб точно виміряти частоти його переходів.