26/04/2011 - Wärme abkühlen

Menéame

Ein Quantensystem kann mit einem inkonsequenten Heißlichtstrahl gekühlt werden. Dies ist die erstaunliche Schlussfolgerung, zu der theoretische Physiker in Deutschland gekommen sind, die gezeigt haben, dass die Kühlrate manchmal durch die Kontaktaufnahme mit einem warmen Unternehmen erhöht werden kann. Das Schema - das noch nicht im Labor getestet wurde - könnte eine einfache Form des Abkühlens von Quantengeräten bieten.

Seit den 1980er Jahren haben Physiker Atomgase mit kohärentem Laserlicht abgekühlt. Diese Methode funktioniert durch die Aufnahme und Emission von Photonen durch Atome so, dass die Atome allmählich Zeit verlieren. Diese Technik funktioniert nur, wenn das Licht kohärent ist - wenn das Licht nicht kohärent ist, erhitzt es einfach das Gas.

Aber jetzt haben Jens Eisert und Andrea Mari de la Freie Universitaet Berlin einen Weg gefunden, um inkohärentes Licht zu verwenden, um ein Quantensystem abzukühlen. Ihr System ist ein mechanischer Quantenoszillator, der mit zwei optischen Modi verbunden ist - jedoch betont Eisent, dass es auf eine breite Palette von drei-Modi-Quantiksystemen angewendet werden kann.

Heiße und kalte Modi

Der Prozess beginnt mit dem mechanischen Oszillator in einem warmen oder hochenergetischen Zustand. Einer der optischen Modi ist kalt, was darauf hinweist, dass Energie möglicherweise vom Oszillator in den kalten, kalten Modus fließen kann.

Der zweite optische Modus ist heiß, was bedeutet, dass er eine große Anzahl von inkonsequenten Photonen enthält und Wärmeschwankungen unterliegt. Nach den Berechnungen von Eisent und Mari hat dieser heiße Modus zwei Auswirkungen auf die Temperatur des mechanischen Oszillators. Ein Effekt ist offensichtlich; der heiße Modus erwärmt den Oszillator. Der zweite unerwartete Effekt ist, dass Schwankungen im Heißbetrieb die Rate erhöhen, auf die die Energie vom Oszillator in den kalten Modus übertragen wird. Der Schlüssel für eine praktische Anwendung der Technik besteht darin sicherzustellen, dass der zweite Effekt der dominierende ist.

Eisent sagt, dass das System ähnlich wie ein Transistor ist, da die Anwendung von Wärme im warmen optischen Modus zu einem proportionalen Anstieg des Wärmeflusses vom mechanischen Oszillator zum kalten Modus führt.

Laut Eisent arbeiten verschiedene Versuchsgruppen an der Durchführung des Systems im Labor. Mögliche Effekteanwendungen umfassen die Kühlung von Quantengeräten wie Atomuhren oder winzige mechanische Resonatoren mit inkohärentem Licht aus relativ billigen LEDs.

Geschrieben von Kanijo

Artikel veröffentlicht von Hamish Johnston am 19. April 2011 in physicsworld.com

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