Ионная ловушка удерживает гелиевые нанокапли целую минуту, открывая новые горизонты в физике

Хранение гелиевых нанокапель в ионной ловушке позволяет детально исследовать процессы внутри них. На фото — аспирант и первый автор исследования Маттиас Ветерник у экспериментальной установки. Автор: Universität Innsbruck

Исследовательской группе из Департамента ионной физики и прикладной физики Университета Инсбрука впервые удалось удерживать электрически заряженные гелиевые нанокапли в ионной ловушке до одной минуты.

Это увеличивает временное окно для экспериментов с этими сверххолодными «мини-лабораториями» в 10 000 раз по сравнению с предыдущими методами и открывает новые возможности для фундаментальных исследований в физике и химии.

Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Гелиевые нанокапли и их значение

Гелиевые нанокапли — это ультрахолодные кластеры, состоящие из атомов гелия, которые очень близко воспроизводят условия, существующие для атомов и молекул в космосе. Это, среди прочего, позволяет проводить спектроскопический анализ частиц, встречающихся в межзвёздной среде, прямо в лаборатории.

Однако до сих пор время реакции и наблюдения было крайне коротким — исследования, как правило, ограничивались расстоянием полёта между источником капель и детектором, которое преодолевается за несколько миллисекунд.

Новый эксперимент позволяет захватывать и хранить гелиевые капли в течение нескольких секунд, открывая новые возможности для исследований с временным разрешением. Автор: Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/yr98-h791

«Длительное время хранения теперь позволяет детально исследовать процессы внутри капель», — объясняет аспирант и первый автор исследования Маттиас Ветерник.

«Первоначальные анализы показывают, что столкновения с остаточным газом в вакуумной камере, а также инфракрасно-поглощающие молекулы и кластеры в гелии — например, молекулы воды — ограничивают время жизни капель. Это понимание крайне важно для дальнейшей оптимизации технологии ловушки».

Исследования были поддержаны профессором Лутцем Швайкхардом из Грайфсвальдского университета, который сыграл ключевую роль в разработке нового устройства благодаря своему многолетнему опыту в создании и применении ионных ловушек.

Будущие применения и направления исследований

Новая установка позволит гораздо точнее и в течение более длительных периодов времени анализировать химические реакции и спектроскопические свойства молекул в ультрахолодных гелиевых каплях. Следующий шаг разработки уже запланирован.

«Внедрив детектирующие цилиндры в ионную ловушку, мы можем измерять проходящие высокозаряженные гелиевые капли по индуцированному сигналу и таким образом определять как отношение массы к заряду, так и заряд каждой отдельной гелиевой нанокапли», — объясняет старший автор исследования Элизабет Грубер.

«Мы хотим использовать это, чтобы впервые получить представление о временном развитии заряженных гелиевых капель и разработать новую форму нанокалориметрии».

Результаты подчёркивают огромный потенциал гелиевых нанокапель как ультрахолодной лабораторной среды для будущих исследований.

Источник: University of Innsbruck