Eksperyment ze swobodnym spadkiem gazu kwantowego pozwolił osiągnąć najniższą temperaturę, jaką kiedykolwiek zarejestrowano.

Fizycy w Niemczech osiągnęli najniższą temperaturę, jaką kiedykolwiek zarejestrowano – dotarli do 38-bilionowych stopnia powyżej zera absolutnego. Dziwny eksperyment w ramach projektu QUANTUS 2 polegał na upuszczaniu gazu kwantowego oraz włączaniu i wyłączaniu pola magnetycznego, aby doprowadzić jego atomy do niemal całkowitego zatrzymania.
Zero bezwzględne, czyli -273,15 °C (-459,67 °F), jest najniższą możliwą temperaturą w skali termodynamicznej, reprezentującą punkt, w którym w ogóle nie ma ruchu atomowego ani ciepła. Jednak niemożliwe jest, aby naukowcy kiedykolwiek osiągnęli ten poziom, ponieważ nie możemy nigdy usunąć całej energii kinetycznej z atomów w układzie.
Ale naukowcy konsekwentnie zbliżają się do tej granicy – kilka lat temu zespół z Harvardu badał najzimniejszą w historii reakcję chemiczną przy 500 nanokelwinach, czyli 500 milionowych stopniach powyżej zera absolutnego. Laboratorium Cold Atom na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej przeprowadziło eksperymenty w zaledwie 100 nanokelwinach.
Ale te temperatury są niczym w porównaniu z tymi uzyskanymi w nowym badaniu. Niemiecki zespół zarejestrował teraz efektywną temperaturę wynoszącą zaledwie 38 pikokelwinów, czyli 38 bilionowych stopnia powyżej zera absolutnego.
W tym celu naukowcy zaczęli od chmury 100.000 atomów rubidu uwięzionych w polu magnetycznym w komorze próżniowej. Następnie ochłodzili to, aby utworzyć gaz kwantowy zwany kondensatem Bosego-Einsteina (BEC), w którym atomy zaczynają zachowywać się zasadniczo jak jeden duży atom, pozwalając na uwidocznienie dziwnych efektów kwantowych w skali makro.
Jednak przy dwóch miliardowych stopniach powyżej zera absolutnego nie było to wystarczająco zimno. Dlatego zespół przeprowadził eksperyment w ośrodku badawczym Bremen Drop Tower, zrzucając pułapkę BEC ze 120 m (393,7 stopy). Podczas swobodnego spadania zespół wielokrotnie wyłączał i włączał pole magnetyczne zawierające gaz.
Kiedy pole magnetyczne jest wyłączone, gaz zaczyna się rozszerzać, a po ponownym włączeniu gaz jest zmuszony ponownie się kurczyć. To przełączanie spowalnia rozszerzanie się gazu prawie do całkowitego zatrzymania, a zmniejszenie tej prędkości molekularnej skutecznie obniża temperaturę.

Podczas gdy eksperyment zdołał osiągnąć tę rekordową temperaturę tylko przez maksymalnie dwie sekundy, symulacje wykazały, że powinno być możliwe utrzymanie jej do 17 sekund w nieważkości, takim jak na pokładzie satelity.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Physical Review Letters.
źródło: Uniwersytet w Bremie | Nature | New Atlas