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Il laser raffredda le molecole

05.09.2017

Molecole molto fredde quasi senza movimento termico sono necessarie ai fisici per una varietà di studi, dallo studio delle proprietà delle molecole stesse alla creazione di computer quantistici. Si ritiene che in questo caso anche varie reazioni dovrebbero rallentare, il che consentirà di studiare i processi in corso. Tuttavia, sulla strada per raggiungere temperature ultra basse, la natura ha stabilito una serie di barriere.

Gli autori del record raggiunto dal Center for Cold Matter dell'Imperial College di Londra hanno utilizzato il metodo più comune di raffreddamento laser delle molecole: il Doppler.

Per capire il suo meccanismo, ricorda che un atomo assorbe ed emette fotoni con un'energia pari alla differenza tra i suoi livelli di energia. In questo metodo, la frequenza della radiazione laser viene scelta leggermente inferiore a quella necessaria per l'assorbimento. Ma a causa dell'effetto Doppler, un atomo che si muove verso un fotone "vede" che ha una frequenza più alta e si verifica ancora l'assorbimento.

Quindi l'atomo eccitato emette spontaneamente un fotone, ma di frequenza superiore. Pertanto, ad ogni ciclo di assorbimento-radiazione, perde parte della sua energia cinetica e, quindi, si raffredda. L'atomo non reagisce al raggio laser di sorpasso, poiché l'effetto Doppler abbassa ulteriormente la frequenza, rendendo impossibile l'assorbimento.

Diversi raggi laser, andando in direzioni diverse, rallentano gli atomi in qualsiasi direzione del loro movimento. Sembra che gli atomi si muovano in un liquido viscoso come il miele o la melassa. Questo metodo di raffreddamento è chiamato "melassa ottica".

Tuttavia, in questo modo è impossibile raffreddare molecole e atomi a temperature inferiori a diverse centinaia di microkelvin. Il fatto è che a causa della relazione di incertezza, i fotoni vengono assorbiti non da una frequenza, ma da un'intera gamma di frequenze. I fisici dicono che una linea spettrale ha una larghezza. Ma poi, a basse velocità degli atomi, i fotoni da entrambe le direzioni verranno assorbiti e il metodo smetterà di funzionare. La temperatura alla quale ciò si verifica è chiamata limite Doppler.

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Nuovo metodo per creare batterie potenti 08.05.2024

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Notizie casuali dall'Archivio

Riduzione delle emissioni delle imprese metallurgiche 15.03.2023

Gli scienziati dell'Università di Birmingham nel Regno Unito hanno sviluppato un processo a basso costo per le acciaierie esistenti che può ridurre le emissioni di circa il 90%.

Come è noto, l'industria metallurgica è responsabile del 7-9% delle emissioni mondiali di gas serra di origine antropica.

Una modifica proposta dai dottori Yulong Ding e Harriet Kildahl rimuove il coke dal ciclo pompando CO direttamente nell'altoforno. Questo gas viene prodotto catturando la CO2 generata nel forno e scindendola in CO e ossigeno. L'ossigeno può essere utilizzato nella seconda parte del processo di produzione dell'acciaio quando il gas viene soffiato attraverso il ferro fuso per bruciare parte del carbonio nel metallo.

La tecnologia si basa sul materiale perovskite BCNF1 (una miscela di carbonato di bario, carbonato di calcio, ossido di niobio e ossido di ferro). Quando il sistema di riciclaggio pompa la CO2 attraverso la camera di reazione, BCNF1 cattura gli atomi di ossigeno dal gas e li assorbe nella sua struttura cristallina, lasciando la CO. Dopo un giorno, BCNF1 è saturo di atomi di ossigeno, quindi deve essere ringiovanito. Per fare ciò, l'azoto dell'altoforno viene pompato attraverso il perovsk, pulendo il materiale.

Gli scienziati propongono di installare due camere di reazione, una delle quali verrà utilizzata per la produzione di CO e l'altra per il ringiovanimento e la produzione di ossigeno. In un giorno, i loro ruoli cambieranno, il che consentirà al sistema di funzionare XNUMX ore su XNUMX.

La tecnologia è stata testata con successo in condizioni di laboratorio senza alcun degrado di BCNF1.

Il coke non solo fornisce una fonte di CO per il processo di riduzione del ferro, ma fornisce anche un supporto strutturale per il minerale nell'altoforno. Ciò consente al gas di salire e al ferro fuso di scorrere verso il basso. Il team di scienziati sta valutando la possibilità di sostituire il coke con materiali ceramici come una delle opzioni.

I produttori di acciaio e gli scienziati stanno discutendo del lancio di un modello dimostrativo entro 5 anni.

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