Вільне падіння квантового газу дозволило отримати найнижчу штучно створену температуру

0
29

Вченим-фізикам з німеччини вдалося получітьсамую низьку температуру, зареєстровану за весь час існування науки, всього 38 пікокельвінів, 38 трильйонних часток градуса вище точки абсолютного нуля. У проведеному ними експерименті використовувався процес вільного падіння хмари квантового газу і включення-виключення магнітного поля для того, щоб уповільнити атоми газу практично до повної зупинки їх теплового руху.

Точка абсолютного нуля, -273.15 градуса цельсія, є найнижчою температурою, яку можна отримати згідно з усіма канонами термодинаміки. При такій температурі повністю припиняється тепловий рух атомів і ці атоми перестають володіти будь-якої кінетичної енергією, що повинно призводити до появи досить дивних ефектів. Однак, досягнення точки абсолютного нуля і нижче на практиці недосяжно через те, що фізично неможливо відібрати у атомів абсолютно всю їх кінетичну енергію.

Проте вчені постійно намагаються наблизитися до точки абсолютного нуля, кілька років тому вчені з гарварду успішно провели «найхолоднішу» хімічну реакцію при температурі в 500 нанокельвінів, 500 мільйонних частинах градуса вище абсолютного нуля. Дещо пізніше в лабораторії cold atom lab на борту міжнародної космічної станції були проведені експерименти при температурі в 100 нанокельвінів.

Однак, згадані вище температури досить високі в порівнянні з останнім досягненням німецьких вчених. І для того, щоб отримати таку температуру вчені використовували хмару, що складається з 100 тисяч атомів рубідію, спійманих в магнітну пастку всередині вакуумної камери. Спочатку хмара атомів була охолоджена до температури, при якій утворився так званий конденсат бозе-ейнштейна, всі атоми якого мають квантову взаємозв’язок. Завдяки цьому взаємозв’язку вся хмара конденсату поводиться як один великий атом, що дозволяє бачити прояв квантових ефектів в макро-масштабі.

Конденсат бозе-ейнштейна був сформований при температурі в дві мільярдних частини вище точки абсолютного нуля, але при цьому він був ще недостатньо холодним. Експеримент проводився в спеціальній вежі bremen drop tower, в якій встановлена вакуумна камера з магнітними пастками, висотою 120 метрів, в якій проводяться експерименти, пов’язані з вільним падінням. І під час того, як хмара конденсату бозе-ейнштейна вільно падала під впливом гравітації, вчені включали і вимикали магнітне строго в заздалегідь розраховані моменти часу.

Коли магнітне поле включалося, хмара конденсату бозе-ейнштейна дещо стискалася. Коли ж відбувалося вимикання магнітного поля, хмара конденсату розширювалося. Моменти включення і виключення магнітного поля були синхронізовані таким чином, що чиниться цим вплив призвело практично до повної зупинки руху атомів конденсату, що означає ефективне зниження температури.

Під час такого експерименту вченим вдалося досягти і утримати рекордно низьку температуру протягом 2 секунд. Однак, розрахунки створених математичних моделей показали, що в космосі в умовах мікрогравітації або невагомості на борту супутника, наприклад, така температура може протриматися протягом 17 секунд, чого буде достатньо для проведення досить складних експериментів.

ключові слова: квантовий, газ, конденсат, бозе-ейнштейна, вільне, падіння, охолодження, температура, рекорд, абсолютний, нуль

першоджерело

інші новини по темі:

В рамках експерименту cold atom laboratory на борту космічної станції був …

На борту космічної станції буде створено найхолодніше місце у всесвіті …

Наса відправляє на космічну станцію установку, яка створить саме хол …

Перша реалізація спінового ефекту холла є кроком до подальшого розв …