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Joule-Thomson Effect01:21

Joule-Thomson Effect

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The Joule-Thomson effect, also known as the Joule-Kelvin effect, describes the temperature change of a fluid when it is forced through a valve or porous plug while keeping it in a thermally insulated environment. This experiment is called a throttling process. This is an important effect widely used in refrigeration and the liquefaction of gases.
This experiment forces high-pressure gas through a throttle valve or a porous plug to a lower-pressure region. The gas expands as it passes through to...
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Jeremy B Clark1, Florent Lecocq1, Raymond W Simmonds1

  • 1National Institute of Standards and Technology, Boulder, Colorado 80305, USA.

Nature
|January 13, 2017
PubMed
Resumen

Los investigadores enfriaron un objeto mecánico macroscópico por debajo del límite de retroacción cuántica utilizando luz comprimida. Este avance en el enfriamiento cuántico permite la exploración de la física cuántica en sistemas más grandes.

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Área de la Ciencia:

  • La física cuántica
  • Optomecánica
  • La óptica cuántica

Sus antecedentes:

  • Las fluctuaciones del vacío cuántico causan efectos físicos como las fuerzas de Casimir y el desplazamiento de Lamb.
  • Estas fluctuaciones imponen un límite de retroacción cuántica en el enfriamiento láser de sistemas mecánicos.
  • La luz comprimida puede reducir las fluctuaciones de amplitud, ofreciendo una forma de superar este límite.

Objetivo del estudio:

  • Para demostrar el enfriamiento de objetos mecánicos macroscópicos por debajo del límite de retroacción cuántica utilizando luz comprimida.
  • Explorar el potencial de la luz comprimida para lograr un enfriamiento cercano al suelo.

Principales métodos:

  • Utilizó un sistema optomecánico de cavidad de microondas.
  • Utilizó un estado de luz coherente para el enfriamiento inicial.
  • Usó un campo de microondas comprimido, generado por un amplificador paramétrico de Josephson, para un enfriamiento adicional.
  • Análisis de las bandas laterales mecánicas a través de la espectroscopia heterodina.

Principales resultados:

  • Enfrió el sistema al 15% del límite de retroacción cuántica con luz coherente.
  • Se logró un enfriamiento de más de dos decibelios por debajo del límite de retroacción cuántica usando microondas comprimidas.
  • Se ha medido una ocupación térmica mínima de 0,19 ± 0,01 fonones.

Conclusiones:

  • La luz comprimida enfría efectivamente objetos mecánicos macroscópicos por debajo del límite de retroacción cuántica.
  • La técnica permite enfriar osciladores mecánicos de baja frecuencia más cerca de su estado fundamental de movimiento.
  • Permite nuevas vías para explorar fenómenos cuánticos en sistemas más grandes y masivos.