Experiment s volným pádem kvantového plynu vytváří nejchladnější zaznamenanou teplotu

Fyzici v Německu vytvořili nejchladnější zaznamenanou teplotu – chladných 38 biliontin stupně nad absolutní nulou. Podivný experiment zahrnoval upuštění kvantového plynu a zapínání a vypínání magnetického pole, aby se jeho atomy téměř úplně zastavily.

Absolutní nula, měřená jako -273,15 °C (-459,67 °F), je nejchladnější možná teplota na termodynamické stupnici, která představuje bod, kde nedochází k žádnému pohybu atomu ani k žádnému teplu. Pro vědce je však nemožné někdy dosáhnout této značky, protože nikdy nemůžeme odstranit veškerou kinetickou energii z atomů v systému.

Vědci se však neustále přibližují velmi blízko – před několika lety tým z Harvardu studoval nejchladnější chemickou reakci v historii při 500 nanoKelvinech, neboli 500 miliontinách stupně nad absolutní nulou. A laboratoř Cold Atom Lab na palubě Mezinárodní vesmírné stanice provedla experimenty při pouhých 100 nanoKelvinech.

Ale tyto teploty jsou v porovnání s teplotami dosaženými v nové studii uklidňující. Německý tým nyní zaznamenal efektivní teplotu pouhých 38 pikoKelvinů, neboli 38 biliontin stupně nad absolutní nulou.

Za tímto účelem vědci začali s oblakem 100 000 atomů rubidia zachyceným v magnetickém poli ve vakuové komoře. Poté to ochladili a vytvořili kvantový plyn nazývaný Bose-Einsteinův kondenzát (BEC), kde se atomy začnou chovat v podstatě jako jeden velký atom, což umožňuje, aby se na makroměřítku objevily podivné kvantové efekty.

Ve dvou miliardtinách stupně nad absolutní nulou to však nebylo dost chladné. Tým tedy provedl experiment ve výzkumném zařízení Drop Tower v Brémách a shodil past BEC z výšky 120 m (393,7 stop). Během volného pádu tým opakovaně vypínal a zapínal magnetické pole obsahující plyn.

Když je magnetické pole vypnuté, plyn se začne rozpínat, a když se znovu zapne, plyn je nucen se znovu smršťovat. Toto přepínání zpomaluje expanzi plynu téměř k úplnému zastavení a snížení této molekulární rychlosti účinně snižuje teplotu.

Zatímco experimentu se podařilo dosáhnout této rekordní teploty pouze po dobu dvou sekund, simulace ukázaly, že by mělo být možné udržet ji po dobu až 17 sekund v beztížném prostředí, jako je například na palubě satelitu.

Výzkum byl publikován v časopise Dopisy fyzické revize.

Zdroje: University of Bremen, Nature