המלכודת

בימים החמים של קיץ 2019, נדמה שרק טבעי שמדענים ינסו למצוא דרכים מקוריות ויצירתיות לקירור. זה בדיוק מה שעשו פרופ' אד נרייביצ'יוס וחברי קבוצת המחקר שלו במחלקה לפיסיקה כימית וביולוגית במכון ויצמן למדע – אלא שלמחקר שלהם אין דבר וחצי דבר עם אקלים כדור-הארץ או עם תחזיות מזג האוויר. למעשה, הם התמקדו במערכות מולקולריות זעירות בתוך "מלכודות" מתוחכמות במעבדות הלייזר הממוזגות היטב שלהם.

מטרת-העל של המחקר הזה נובעת מהעובדה שחום הוא, למעשה, תנודה מתמדת של האטומים או המולקולות. כלומר, אם רוצים לבחון היטב את תכונותיהם של מולקולות ואטומים, יש להאט את התנודה שלהם, דבר שמשמעותו היא קירור. דרך אחת להאטה (וקירור) של אטומים מבוססת על שיגור קרני לייזר אל האטומים, מכל הכיוונים, דבר שמאט משמעותית את התנודה שלהם ומקרר אותם. אבל השיטה היעילה הזאת אינה אפשרית ליישום במולקולות, מסיבות שונות.

פרופ' נרייביצ'יוס וחברי קבוצתו החליטו להתמודד עם האתגר של קירור מולקולות בדרך אחרת – באמצעות תהליך של אידוי (כלומר, בדרך דומה לזו שבה אנו חשים קירור בעת חיטוי באמצעות אלכוהול או שימוש בתכשירים לאחר גילוח, או בדומה לאופן שבו מתקררים הקפה או המרק שלנו). אלא שכדי לקרר "מרק של מולקולות" באידוי, יש ללכוד אותן ב"קערה" – תהליך מאתגר למדי. מדעני המכון התמודדו עם האתגר הזה באמצעות מערכת טכנולוגית מורכבת מאוד שפיתחו ובנו במיוחד למטרה זו.

בשלב הראשון השתמשו המדענים במכל שבו תערובת של גזי חמצן וקריפטון בטמפרטורת החדר. הגז, בדרך הטבע, מתפשט לתוך ריק (ואקום) בדרך שעשויה להיראות כמעין אלומה של חלקיקים שמתפזרים אל החלל הריק. בדרך זו יורדת הטמפרטורה של הגז לרמה של מעלת קלווין אחת (כלומר, מעלה אחת מעל לאפס המוחלט). בשלב זה המולקולות שבמערכת "טסות" במהירות של כ-400 מטר בשנייה – מהירות אדירה, שלא מאפשרת ללכוד אותן בריק. כדי להאט את המולקולות בנו פרופ' נרייביצ'יוס וחברי קבוצתו מלכודת מגנטית - מעין "קופסה" או "כוס" - שעשויה משדות מגנטיים חזקים, אשר נוצרים באמצעות חוטים של מוליכי-על. שיטה זו מאפשרת להעלות את עוצמת השדות המגנטיים במהירות רבה, דבר שכולא את המולקולות בנפח מצומצם ומגביר את קצב ההתנגשות שלהן אלה באלה. במצב זה אפשר לבצע אידוי של המולקולות החמות מתוך המלכודת – ולקרר את אלו הנותרות בה עד לשבריר של מעלה אחת בלבד מעל לאפס המוחלט