De små konformade "skummarna" som används i experiment som letar efter exotiska kemiska kvantfenomen liknar insugningsmekanismer för flygmotorer, och de utför liknande funktioner:Var och en styr gasflödet - motorintaget styr tillförseln av luft för bränning av bränsle, och "skummaren" skapar strålar av kalla flygande atomer eller molekyler. Medan skummare har varit en nödvändig komponent i atom- och molekylstrålexperiment i decennier, de var också kända för att införa en grundläggande gräns för antalet partiklar man kunde packa in i strålen. Dock, Professor Edvardas Narevicius och hans team vid Weizmann Institute of Science kemiska fysikavdelning har nu avslöjat ett enkelt sätt att övervinna denna gräns.

Kallstrålexperiment utförs i laboratorier runt om i världen för att observera atomer och molekyler som beter sig kvantiskt - som, till exempel, vågor som stör varandra. Lägga ihop balkar, som Narevicius och hans grupp gör i sitt labb, skapar nya och intressanta kemiska reaktioner.

Narevicius förklarar att den extrema kylning som behövs för sådana experiment - nära absolut noll - uppnås genom att spruta en gas av atomer eller molekyler genom ett litet munstycke i en vakuumkammare, från högt tryck till nästan inget. Atomerna i experimentet spred sig, bildar ett mycket kallt moln av atomer som rör sig mycket snabbt. Skummare används för att rikta några av dessa atomer in i en stråle. "Man skulle tro, "säger Narevicius, "att om gasen i behållaren har ett högre tryck, och frigör därmed fler atomer samtidigt i vakuumkammaren, den resulterande strålen skulle ha en högre densitet. Men så är inte fallet. Över ett visst tryck avtar densiteten. Forskare har inte vetat hur man kan övervinna denna gräns, placera många intressanta experiment utanför räckhåll. "

"Detta var ett perfekt problem för min student, Yair Segev, "tillägger Narevicius. Segev kom till Weizmanninstitutet med expertis inom rymdteknik och fysik. Börjar med en algoritm som används av flygtekniker för att modellera flöden högt i atmosfären, han skapade simuleringar av partikelflödet i skummarna. Dessa simuleringar avslöjade förekomsten av chockvågor i skummarkottarna, som blockerade det efterföljande flödet av partiklar i strålen. Detta fenomen uppstår från interaktioner mellan strålens partiklar och konen:partiklar studsar av skimmer vid höga hastigheter, kolliderar och stör strålens flöde. De höga reflekterade hastigheterna beror på det "heta" (det vill säga rumstemperatur) skimmerns yta, så Segev försökte simulera med kylda skummare. Resultaten visade en betydande minskning av chockvågorna, samt mycket tätare balkar bakom dem.

Därefter genomförde laget experiment med olika molekylära strålar, kyler sina skummare till gradvis lägre temperaturer. Genom att utföra testerna med neon och andra typer av fluorescerande plasma kunde de tydligt observera de färgglada resultaten. Forskarna fann att formen på chockvågorna förändrades avsevärt och att strålarnas täthet verkligen steg med skumkylning, toppade när temperaturen var under några tiotals grader över den absoluta nollan - tillräckligt kallt för att frysa atomer till spetsen av konen och därmed låta resten flyta igenom "utan att känna någon störning från skummaren, säger Narevicius.

"Stötvågorna i och runt skummarna visar sig likna dem som en rymdfarkost upplever när den passerar gränsen mellan rymdens vakuum och den övre atmosfären, "säger Segev." I båda fallen, undertrycka värmen som överförs mellan ytan och gasen kan drastiskt förändra flödets form. I rymdfarkosten vill vi hålla atmosfären från att värma skalet, medan vi i våra experiment vill hindra skummaren från att värma upp våra kalla strålar. "