Учени наскоро счупиха рекорда за най-ниска температура, измерена някога в лаборатория.
Те постигат температурата на охлаждане от 38 трилионни от градуса над абсолютната нула, която е -273,15 градуса по Целзий като пускат намагнетизиран газ от 120 метра надолу по кула.
Екипът от германски изследователи изследва квантовите свойства на така нареченото пето състояние на материята: Бозе-Айнщайновия кондензат (BEC - Bose-Einstein condensate), производно на газ, което съществува само при ултрастудени условия.
Докато е във фазата на BEC, самата материя започва да се държи като един голям атом, което я прави особено привлекателна тема за квантовите физици, които се интересуват от механиката на субатомните частици.
Температурата е мярка за движението на атомите и молекулите - колкото повече се движат, толкова по-висока е колективната им температура.
Абсолютната нула тогава е точката, в която цялото молекулно движение спира - минус 273,15 градуса по Целзий. Учените дори са разработили специална скала за изключително ниски температури, наречена скала на Келвин, където нула Келвина съответства на абсолютната нула.
Близо до абсолютната нула започват да се случват някои странни неща. Свръстуденият хелий не изпитва триене при много ниски температури и се превръща в т.нар. "свръхфлуидна течност". А в лабораторията Cold Atom на Международната космическа станция, благодарение на микрогравитацията на космоса, атоми на метала рубидий са охладени до температури около 2 милиардни от градуса по Целзий над абсолютната нула, а астронавтите са наблюдавали облак атоми, който действа като един „супер атом“ или материална вълна.
Но това не бе достатъчно студено за изследователите - за да стане още по-студено, те е трябвало да имитират условията в дълбокия космос. Така екипът занася инсталацията си в "падащата кула" (Drop Tower) на Европейската космическа агенция в Бремен, изследователски център за микрогравитация в Университета в Бремен, Германия.
"Падащата кула" (Drop Tower) на Европейската космическа агенция в Бремен, изследователски център за микрогравитация в Университета в Бремен, Германия. Кредит: University of Bremen
 Свободно разширение на кондензата Бозе-Айнщайн в земни условия при наличие на гравитация. Кредит: Dr. David C. Aveline, CAL Ground Testbed, Jet Propulsion Laboratory |
Екипът на професор Ернст Расел (Ernst Rasel) от Лайбницския университет в Хановер поставят 100 000 рубидиеви атома в магнитен капан на върха на високата 122 метра кула в Бремен. Капанът образува така наречената „леща за материална вълна“, която фокусира атомите в облака в кондензат на Бозе-Айнщайн, карайки облака да изстива. След това изследователите изключват капана, позволявайки на облака да се разшири във всички посоки (което го прави още по-студен), докато пада по дължината на кулата. Това позволява на Бозе-Айнщайновия кондензат да плува без ефекта на гравитацията и така изследователите забавят молекулното движение на рубидиевите атоми до почти спиране.
Полученият Бозе-Айнщайнов кондензат е с температура 38 пикокелвина (3.8.10-11 K) - 38 трилионни от келвина - за около 2 секунди, поставяйки „абсолютен минусов рекорд“, съобщава екипът на 30 август в списание Physical Review Letters.
Новата 3D колимационна техника започва с предизвикване на колективно колебание в кондензата на Бозе-Айнщайн (BEC) поради атомни взаимодействия (горе). BEC се освобождава, след като колапсира около оста си (вдясно), което води до намалено разширение по същата тази ос (червените стрелки). За да се намали разширяването в другите две измерения, се прилага цилиндрична магнитна леща (условно показана в зелено) след 80 ms, когато енергията на взаимодействие е преобразувана в кинетична енергия. Пълна 3D колимация се наблюдава след свободно падане чрез абсорбционно изображение на BEC (долу). За сравнение, 2D колимация (без индуцирани трептения, а само магнитна леща) е показана вляво. Кредит: H. Fu et al., Phys. Rev. Lett. 2018
Изследователите отбелязват, че малки промени в настройката, като например намаляване на броя на атомите в облака, евентуално биха могли да доведат до още по-ниски температури. Дизайнът на експеримента, създаден от екипа в Бремен, вероятно би могла да се използва за тестване на теориите на гравитацията на квантово ниво.
Предишният рекорд от 36 милионни части от един келвин бе постигнат от учени от Националния институт по стандарти и технологии (NIST) в Боулдър, Колорадо със специални лазери.
Най-студеното известно естествено място във Вселената е мъглявината Бумеранг, която се намира в съзвездието Кентавър, на около 5000 светлинни години от Земята. Средната му температура е -272 C (около 1 Келвин).
Справка: Collective-Mode Enhanced Matter-Wave Optics
Christian Deppner, Waldemar Herr, Merle Cornelius, Peter Stromberger, Tammo Sternke, Christoph Grzeschik, Alexander Grote, Jan Rudolph, Sven Herrmann, Markus Krutzik, André Wenzlawski, Robin Corgier, Eric Charron, David Guéry-Odelin, Naceur Gaaloul, Claus Lämmerzahl, Achim Peters, Patrick Windpassinger, and Ernst M. Rasel
Phys. Rev. Lett. 127, 100401 – Published 30 August 2021, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.100401
Източник: Scientists just broke the record for the coldest temperature ever recorded in a lab
Joanna Thompson, Live Science
Още по темата
Физика
Наблюдаваха нова фаза на Бозе-Айнщайнов кондензат от фотони
Физика
Екзотичното пето състояние на материята е създадено на Международната космическа станция
Физика
Свръхфлуидно твърдо тяло. Получени са доказателства за това най-ново екзотично състояние на материята
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари