„Viena šalčiausių vietų visatoje“ – ypatingo eksperimento metu sukurta rekordinė šalčiausia visų laikų temperatūra: kaip pavyko ją pasiekti? (Foto, Video)

Absoliutus nulis (0 kelvinų arba -273,15 °C) yra šalčiausia teoriškai įmanoma temperatūra termodinaminėje skalėje, nurodanti tašką, kuriame nėra jokio atominio judesio ar šilumos.

Tačiau mokslininkams neįmanoma pasiekti šios temperatūros, nes mes niekada negalime pašalinti visos kinetinės energijos iš atomų.

Tačiau mokslininkai nuolatos artėja prie absoliutaus nulio – prieš keletą metų Harvardo komanda ištyrė šalčiausią visų laikų cheminę reakciją esant 500 nanokelvinų, arba 500 milijardųjų kelvino dalių virš absoliutaus nulio.

Tarptautinėje kosminėje stotyje esanti „Cold Atom Lab“ eksperimentų metu pasiekė tik 100 nanokelvinų temperatūrą.

Tačiau šios temperatūros yra niekis, palyginti su pasiektomis naujajame tyrime. Vokietijos komanda užfiksavo efektyvią temperatūrą, kuri yra tik 38 pikokelvinų, arba 38 trilijoninėmis kelvino dalimis (38×10⁻¹²) aukščiau absoliutaus nulio.

Pranešime spaudai komanda paaiškino, kad „tiriant atomų bangų savybes, viena iš „šalčiausių vietų visatoje“  buvo sukurta kelioms sekundėms Taikomųjų kosmoso technologijų ir mikrogravitacijos centre (ZARM) Brėmeno universitete“.

Norėdami tai pasiekti, tyrėjai pradėjo nuo 100 000 rubidžio atomų debesies, įstrigusio magnetiniame lauke vakuumo kameroje.

Tada jie atvėsino šį debesį, kad susidarytų kvantinės dujos, vadinamos Bose-Einšteino kondensatu (BEC), kur atomai iš esmės pradeda veikti kaip vienas didelis atomas, o tai leidžia matyti keistus kvantinius efektus makroskalėje.

Kadangi kvantinės dujos elgiasi tarsi vienas didelis atomas, mokslininkai jas naudoja eksperimentuose, norėdami stebėti neįprastus kvantinius efektus makroskalėje, siekdami išplėsti savo žinias apie kvantinę mechaniką.

Norėdami pasiekti reikiamą temperatūrą, komanda atliko eksperimentą Brėmeno kritimo bokšto tyrimų centre.

Mokslininkai iš bokšto viršaus numetė atšalusias kvantines dujas (BEC) iš 120 m aukščio. Laisvo kritimo metu komanda išjungė ir pakartotinai įjungė magnetinį lauką, kuriame yra dujos.

Kai magnetinis laukas yra išjungtas, dujos pradeda plėstis, o kai vėl įjungiamos, dujos vėl priverstos susitraukti. Šis perjungimas lėtina dujų išsiplėtimą beveik iki visiško sustojimo, o sumažinus šį molekulinį greitį, sumažėja temperatūra.

Nors eksperimento metu pavyko pasiekti šią rekordinę temperatūrą tik porai sekundžių, modeliavimas parodė, kad turėtų būti įmanoma ją išlaikyti iki 17 sekundžių nesvarioje aplinkoje, pavyzdžiui, Tarptautinėje kosminėje stotyje.

Kosmose mokslininkai gali apriboti atomus, naudodamiesi daug silpnesnėmis jėgomis, nes jų neveikia gravitacija. Tai reiškia, kad tolesnis tyrimas galiausiai gali būti atliktas TKS šaltojo atomo laboratorijoje (CAL), kur astronomai pernai pranešė apie „penktosios materijos būsenos“ sukūrimą BEC eksperimentų metu. CAL buvo perkelta į kosmosą „SpaceX“ raketa 2018 m., ir nuo to laiko ji buvo naudojama stebint kvantinius reiškinius, kurių Žemėje nebūtų galima aptikti.

Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „Physical Review Letters".