宇宙学:超低温度研究的重要性

Zuyu赵医生,执行副总裁詹尼斯和原则科学家研究,谈判AZoM超低温度研究的重要性及其在宇宙学中使用。

做多低的温度必须列为超低?

没有国际超低温度的定义,但人们似乎普遍认为,温度必须低于1 K,而低温学涉及到更大范围的温度从-150°C或123 K到绝对零度。

超低温度研究为什么重要?

超低温度需要比我能想象的原因。首先,大量的物理现象和性质不会发生以上温度。例如,液体他成为超流体约2.44可34酒吧附近的压力,和我们有很多新材料的例子,阶段和物理现象,只有发生小于1 k。欧洲杯足球竞彩

第二个原因是噪音。一切物质,原子继续即使在零温度(称为零点运动)。因为他们的举动,他们有一些热能,等于KT, K是波尔兹曼常数和T是开尔文温度。

KT措施在一定的温度下粒子的热能。温度越高,更多的能量,或者更积极的粒子移动。因为测量的方式进行,生成一个信号被称为热噪声信号。这是你不想看到的东西,它妨碍了真正的信号通常是非常小的。

有一个物理性质被称为“信噪比”,这是真正的信号与噪声信号的比值。通常情况下,如果比100:1将被认为是很好,但如果比例是1:1,一点都不好,你不能看到一个信号。所以,你可以看到,温度越低,热噪声信号越少,信噪比越好。这是两个最基本的原因人们需要超低温度。

第三,人们越来越感兴趣的研究“量子政权”,或“基态”的材料,即“物理”能源“E”的材料与热能”K_BT”。因为大多数的“E”通常是非常小的,实现“量子政权”的唯一方法是降低温度。

这些超低温度达到怎么样?

主要有四个最一般的研究方法。达到0.3 K以上,我们可以用氦- 3低温恒温器。达到50可及以上,我们可以使用顺绝热去磁冰箱,称为PADR,或只是ADR。达到10可,您可以使用稀释制冷机系统。

达到1.0可或更低,你需要一个核绝热去磁冰箱,或NADR。这些方法在实验室最常用的“通用”的研究,因为他们有相对较大的冷却能力,和一个相对较长的冷却时间。

也有一些其他方法来达到这些温度和低得多,到毫微开尔文。然而,这些方法不适合正常的实验室实验,如测量电阻,因为他们提供很少的冷却能力,或为特定的实验设计。

激光冷却原子就是一个例子,激光被移动原子吸收抵消了势头,几乎不动,在很低的温度几毫微开尔文。

另一种方法是蒸发冷却,通常使用一种“磁陷阱”。这些方法只能应用于特定的物理实验。

为什么超低温度用于扫描隧道显微镜(STM) ?

扫描隧道显微镜用于材料或表面科学。欧洲杯线上买球之间的电压STM提示和示例,以及一些电子通过差距通过隧道时,这是一个量子现象。

你可以想象弱信号——你如何应用几伏特之间提示和示例。原子分辨率的范围,所以你不能有任何大的噪音,从机械振动或热运动。出于这个原因,它有利于使用超低温度。

有很多室温STMs,他们可以做很多事情,但应用程序是有限的。当我在1993年加入詹尼斯,我们走近开发0.3开尔文STM,如今,人们为10 milliKelvin STM方法詹尼斯。

智利阿塔卡马望远镜。维基共享Ahinks | | | CC许可

用于宇宙学超低温度怎么样?

宇宙学的装置叫阿塔卡马望远镜偏振计(ACTPol)了。

这是一个升级的阿塔卡马宇宙偏振敏感。它坐落在山丘体罚,智利,海拔5190米。2013年,ACTPol实现第一个光最后三分之一的探测器的配置。

剩下的三分之二的探测器阵列安装在2014年春天,使完整的灵敏度,高分辨率,观察90 GHz和150 GHz。ACTPol使用三thosand transition-edge测辐射热计产生极化各向异性在小范围内的测量宇宙微波背景。

ACTPol将允许科学家们测量探针的光谱指数通货膨胀,以及限制早期暗能量和中微子质量的总和。

ACTPoL所收集的信息将被用于研究宇宙,包括它的起源等。

通常情况下,这种类型的天文台将建在山顶上,系统无法操作,所以运营成本是非常高的。

所有之前的系统对于这个应用程序是在所谓的“单发”模式,即系统具有一定的“寿命”所需的低温。系统用户重振“保持时间过期后,这限制了效率。

开发不断操作系统非常值得为这种类型的应用程序,尽管它是挑战由于操作条件的高山。

计数器,詹尼斯了稀释冰箱,可以把在山顶,可以一天24小时的数据。已经存在了几年,它仍然是工作。这是第一个连续操作超低温度设施在世界上。

詹尼斯什么2020欧洲杯下注官网设备供应达到超低温度?

我们有氦- 3低温恒温器和稀释冰箱作为我们的标准产品。目前,我们不提供核NADR,但我们正在与客户提供,我们负责pre-cooling气温10可,之前可减少到1。

预计在不久的将来发展是什么?

我们已经完成了一个系统达到0.3 K,和我们已经取得了不少0.05 K自由ADR致冷剂系统。我们正在与宾州州立大学,我们参与生产冰箱冷冻剂自由稀释,将能够持续经营,将达到0.03 k,或者更低。这是不同的致冷剂自由ADR,单发射击,不能连续操作。

为什么使用致冷剂自由系统重要吗?

液态氦- 4是昂贵的。现在,我们支付18美元每升。当我还是一个学生,我支付1美元每升,而当我在1993年加入詹尼斯,这是9美元每升。美国是唯一的国家,拥有丰富资源的氦气,所以人们就用它,让它去吧。但是在其他国家,他们有一个回收系统不允许释放它,他们需要从美国进口液体或气体液化。

现在,美国政府已经意识到氦储备耗尽,而且,像石油一样,你不能创建氦气一旦被使用。这就是为什么我们开始使用替代,致冷剂自由冷却系统的方法。

关于博士Zuyu赵

赵Zuyu博士从1982年复旦大学收到了他的学士学位。他在1983年来到美国与世界银行奖学金,毕业于西北大学和物理博士学位在1990年。然后他花了两年半的工作在哈佛大学博士后,和建立一个新的实验室追求“bose - einstein”冷凝在自旋极化氢。

赵博士被任命为哈佛大学附属5年后他离开,加入了詹尼斯。

赵博士于1993年加入詹尼斯研究公司,专注于开发定制的超低温设备研究和科学社区。欧洲杯线上买球他目前是董事会,是公司的执行副总裁兼首席科学家,以及詹尼斯ULT的主任组。

赵博士还担任顾问委员会成员AIP物理今天作为一个AIP公司副顾问委员会成员。