Na 2 sekundy niemieccy fizycy osiągnęli najniższą temperaturę!

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

Kondensat Bosego-Einsteina (BEC)
Naukowcy zmanipulowali dziwną formę materii zwaną kondensatem Bosego-Einsteina (symulacja komputerowa), aby osiągnąć jak dotąd najniższą temperaturę. fot. Narodowy Instytut Standardów i Technologii/Naukowa Biblioteka Fotograficzna

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.

Zespół naukowców biorących udział w projekcie QUANTUS 2
Zespół naukowców biorących udział w projekcie QUANTUS 2 (University of Bremen)

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