Naukowcy z University of Bremen przeprowadzili nietypowy eksperyment, który polegał na upuszczeniu tzw. gazu kwantowego i włączaniu lub wyłączaniu pola magnetycznego, co miało doprowadzić do niemal całkowitego zatrzymania jego atomów. Eksperyment się udał, dzięki czemu odnotowano najniższą temperaturę na Ziemi. Wyniki opublikowano w Physical Review Letters.
Nieuchwytne zero absolutne
Zero absolutne (bezwzględne), czyli −273,15°C (0 K) to temperatura, w której wszystkie elementy układu termodynamicznego uzyskują najniższą z możliwych energii. Jest to punkt, w którym nie występuje żaden ruch atomów. Nie da się osiągnąć tej temperatury w warunkach laboratoryjnym, gdyż niemożliwe jest usunięcie całej energii kinetycznej z atomów danego układu. Temperatura zera bezwzględnego jest teoretyczną granicą do jakiej można ochłodzić układ termodynamiczny, co wynika z trzeciej zasady termodynamiki.
Naukowcy stale zbliżają się do granicy zera absolutnego. W 2003 roku zespół naukowców z MIT w Cambridge osiągnął mechanicznie najniższą do tej pory otrzymaną temperaturę 450 pikokelwinów (4,5 x 10−10 K), a z kolei uczeni z Harvardu obserwowali najzimniejszą w historii reakcję chemiczną zachodzącą w temperaturze 500 nK, czyli 500 miliardowych części powyżej zera. Astronomowie z Cold Atom Lab na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) przeprowadzali eksperymenty w temperaturze zaledwie 100 nK.
Osiągnięcie niemieckich uczonych jest znacznie bardziej spektakularne. Uzyskana przez nich temperatura wynosiła zaledwie 38 pK (pikokelwinów), czyli 38 bilionowych części stopnia powyżej zera absolutnego.
2 sekundy szczęścia
Aby tego dokonać konieczne było uwięzienie chmury 100 000 atomów rubidu w polu magnetycznym. Następnie schłodzono ją do postaci gazu kwantowego, czyli tzw. kondensatu Bosego-Einsteina, w którym to atomy zaczynają zachowywać się jak jedna wielka struktura. Dzięki temu efekty kwantowe ujawniają się w skali makro.
Fizycy przeprowadzili eksperyment w ośrodku badawczym Bremen Drop Tower, zrzucając gaz kwantowy z wysokości 120 m. Podczas swobodnego spadania zespół wielokrotnie wyłączał i włączał pole magnetyczne, w którym znajduje się gaz. Takie zachowanie spowalnia ekspansję gazu niemal do całkowitego zatrzymania, a zmniejszenie tej prędkości cząsteczkowej skutecznie obniża temperaturę.
Właśnie w takich warunkach osiągnięto rekordowo niską temperaturę. Utrzymywała się ona tylko przez 2 sekundy, ale symulacje wykazały, że teoretycznie mogłaby trwać przez 17 sekund w warunkach mikrograwitacji (poza Ziemią).
