咖啡機幫助物理學家提高離子阱的效率

ITMO大學的科學家開發并應用了一種分析離子阱內電磁場的新方法。他們第一次解釋了非線性射頻陷阱內的場偏差。這允許重新考慮非線性陷阱應用的前景，包括離子冷卻和量子現象的研究。結果發表在Journal of Physics B上。

離子阱可以在受限空間中定位和抑制單個帶電粒子，以便隨后用這些粒子進行操作，例如置換或甚至冷卻。離子的冷卻基本上意味著減少其動能，其幾乎完全“凍結”該離子。科學家認為，未來這種技術將有助于用肉眼觀察量子現象。

射頻陷阱的類型在其內部場的頻率和配置方面不同。為了冷卻不帶電的顆粒，通常使用更方便的光學陷阱。然而，射頻陷阱允許將帶電粒子冷卻到較低溫度。

來自ITMO大學的物理學家積極研究射頻陷阱并尋找新方法使其更有效。在他們的新研究中，他們提出了一種新方法，用于更準確地分析非線性射頻陷阱內的電磁場。與簡單的線性陷阱不同，其中離子僅限制在陷阱區域的一個點中，非線性陷阱中的粒子可以被“捕獲”在幾個點中。以前開發的模型僅適用于簡單的陷阱，因為它們無法解釋非線性陷阱中發生的場對稱違規。所提出的模型更具通用性，因為它解釋了對稱性破壞，并且適用于描述簡單和復雜的陷阱。

“我們的研究產生了一種新技術，從咖啡杯開始。我非常喜歡它，經常在工作時使用咖啡機。令人討厭的是，在準備咖啡時，我的杯子總是在托盤上滑動。并且每次它在不同方向上這樣做，這意味著這不是由機器的整體傾斜引起的。我研究了有關振動力學的文獻，并得出結論：所謂的非線性摩擦是罪魁禍首。然后我意識到這種現象可以在我們研究的射頻陷阱中找到。我們已經應用了常規用于振動力學的完全運動分離方法，突然發現這可以描述陷阱中先前無法解釋的對稱性破裂!“ ITMO大學非線性光學實驗室的Semyon Rudyi說。

科學家們已經在先前研究中獲得的實驗數據上測試了他們的方法。舊的射頻捕獲模型無法解釋非線性陷阱中發生的奇怪偏差，這限制了非線性陷阱應用的前景。在擬議模型的框架內，這些偏差是完全合理的。新方法有助于預測和控制不同電極位置和電壓的帶電粒子的定位。這對于為各種應用創建更有效的射頻陷阱是必要的。

“盡管這項工作是理論性的，但它與實踐密切相關。我們小組開發了新的射頻陷阱設計并構建它們，從而定位各種帶電粒子。我們還從理論上研究了在這些陷阱中深度冷卻的納米晶體，因為這些粒子可以模擬量子效應。我們的研究經常帶來意想不到的有趣結果，使我們更接近與量子現象的相互作用，“ ITMO大學納米結構建模與設計實驗室的Tatiana Vovk指出。