دانشمندان رکورد سردترین دمای ثبت شده در آزمایشگاه را شکستند

با انتشار مخزنی از گاز بوز اینشتین در برج خنک کننده با میدان مغناطیسی 120 متر ارتفاع ، دانشمندان توانستند به دمای 38 تریلیون درجه بالای صفر مطلق برسند.

تیمی از محققان آلمانی در حال مطالعه خواص کوانتومی حالت ماده بودند که حالت پنجم ماده نامیده می شود. حالت پنجم گاز بوزون ملایم – ذره ای از تعداد چرخش صحیح – است که تا دمای نزدیک به صفر مطلق ، منهای 273.15 درجه سانتیگراد سرد می شود. از آنجا که این گاز – که ما آن را میعانات بوز -اینشتین می نامیم – مانند یک مولکول ماده معمولی رفتار می کند ، برای فیزیکدانان کوانتومی علاقه مند به ذرات زیر اتمی به موضوعی جذاب تبدیل شده است.

در این آزمایش رکوردشکن ، دانشمندان ابر حدود 100000 اتم روبیدیم گاز را در میدان مغناطیسی یک محفظه خلا به دام انداختند. آنها سپس اتاق را از صفر تا 2 میلیارد درجه سانتیگراد خنک کردند که یک رکورد جهانی است.

اما این خنک کننده برای رفع محدودیت های فیزیکی مورد نظر دانشمندان کافی نبود. برای خنک شدن ، آنها مجبور بودند شرایط فضا را شبیه سازی کنند. سحابی بومرنگ ، سردترین مکان طبیعی شناخته شده در جهان ، در فاصله 5000 سال نوری از زمین در صورت فلکی قنطورس واقع شده است. به گفته آژانس فضایی اروپا ، میانگین دمای این سحابی منفی 272 درجه سانتیگراد یا حدود یک کلوین است.

بنابراین تیم به برج خنک کننده برمن آژانس فضایی اروپا در دانشگاه برمن در آلمان رفت. آنها یک محفظه گاز را در برج قرار دادند و به سرعت میدان مغناطیسی را روشن و خاموش کردند تا گاز در غیاب جاذبه شناور شود. بنابراین ، حرکت مولکولی اتمهای روبیدیوم کند شد. این مطالعه که در مجله Physical Review Letters منتشر شد ، نشان داد که نتیجه BEC 38 پیکولین – 38 تریلیون یک کلوین – حدود دو ثانیه طول کشید و رکورد سردترین دما را شکست. رکورد قبلی 36 میلیون کلوین بود که توسط لیزر از دانشمندان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) در کلرادو به دست آمد.

دما اندازه گیری ارتعاش مولکولی است. هرچه مجموعه مولکول ها فعال تر باشند ، دمای ماده نیز بیشتر می شود. صفر مطلق نقطه ایست که در آن تمام حرکت اتمی متوقف می شود. برای اندازه گیری میزان دمای سرد ، دانشمندان مقیاس دیگری به نام مقیاس کلوین ایجاد کرده اند که در آن صفر مطابق با صفر مطلق است.

هرچه به دمای صفر مطلق نزدیک می شویم ، اتفاقات عجیب تری رخ می دهد. به عنوان مثال ، طبق مطالعه ای که در مجله Nature Physics در سال 2017 منتشر شد ، نور به مایعی تبدیل می شود که می توان آن را در ظرفی ریخت. طبق مطالعه دیگری که در مجله Nature Communications در همان سال منتشر شد ، هلیوم فوق خنک کننده اصطکاک را در دمای بسیار پایین از دست می دهد. در آزمایشگاه اتمی ناسا ، دانشمندان با شرایطی در دمای نزدیک به صفر مطلق مواجه شده اند که در آن اتم ها می توانند همزمان در دو مکان وجود داشته باشند.