Hol van a leghidegebb pont az univerzumban? Nem a Holdon, ahol a hőmérséklet csupán mínusz 378 Fahrenheit-re zuhan. Még a legmélyebb világűrben sem, amelynek becsült háttér-hőmérséklete mintegy 455 ° F. A tudósok szerint a közelmúltban a földön a legkisebb hőmérsékletet figyelték meg.
kapcsolodo tartalom
- A Bighorns követése
- Abszolút nulla
A rekordmértékű legalacsonyabbak voltak az ultrahideg fizika legújabb jellemzői között, az anyag laboratóriumi vizsgálata olyan óvatos hőmérsékleten, hogy az atomok és akár a fény maga is rendkívül szokatlan módon viselkednek. Egyes elemek elektromos ellenállása mintegy 440 ° F alá esik, ezt a jelenséget szupervezetőképességnek nevezik. Még alacsonyabb hőmérsékleten néhány cseppfolyósított gáz "szuperfolyadékká" válik, amelyek képesek a falakon átszivárogtatni olyan szilárd anyagként, hogy bármilyen más folyadékot tároljanak; Még úgy tűnik, hogy meghiúsítják a gravitációt, miközben kúsznak a konténerek fölött és kívül.
A fizikusok elismerik, hogy soha nem érik el a leghidegebb elképzelhető hőmérsékletet, az úgynevezett abszolút nullát, és régen mínusz 459, 67 ° F-ra számítottak. A fizikusok számára a hőmérséklet azt jelenti, hogy az atomok milyen gyorsan mozognak, energiájuk visszatükröződik - és az abszolút nulla az a pont, ahol egyáltalán nem marad fenn hőenergia, amelyet az anyagból kell kinyerni.
Néhány fizikus azonban arra törekszik, hogy a lehető legközelebb álljon ehhez az elméleti határhoz, és jobb képet kaptam a versenyek közül a legkevésbé ritkáról, amikor meglátogattam Wolfgang Ketterle laboratóriumát a Cambridge-i Massachusetts Technológiai Intézetben. Jelenleg a legmagasabb hőmérsékleten - legalább a Guinness World Records 2008 szerint - a legmagasabb hőmérsékleten: 810 billió F fokkal az abszolút nulla felett. Ketterle és munkatársai ezt a feat 2003-ban valósították meg, miközben a mágnesek a helyükre csapdába helyezett nátriummolekulákkal - körülbelül ezer hüvelyk átmérőjűleg - dolgoztak.
Kérem Ketterle-t, hogy mutassa meg nekem azt a helyet, ahol feltették a rekordot. Védőszemüveget helyezünk el, hogy megvédjük magunkat attól, hogy elvakítsa az infravörös fény a lézernyaláboktól, amelyek lassítják és ezáltal hűtik a gyorsan mozgó atomrészecskéket. A napfényes irodájáról a folyosón áthaladunk egy sötét szobába, összekapcsolt huzalrúddal, apró tükrökkel, vákuumcsövekkel, lézerforrásokkal és nagy teljesítményű számítógépes eszközökkel. - Itt van - mondja, és hangja izgalommal növekszik, miközben egy fekete dobozra mutat, amelynek alumíniumfóliával becsomagolt csöve vezet be. "Itt végeztük a leghidegebb hőmérsékletet."
Ketterle vívmánya az anyag teljesen új formájának, Bose-Einstein kondenzátumnak (BEC) nevezett törekvése eredményeként jött létre. A kondenzátumok nem standard gázok, folyadékok vagy akár szilárd anyagok. Ezek akkor alakulnak ki, amikor az atomfelhő - néha több millió vagy több - ugyanabba a kvantumállapotba lép, és egyként viselkedik. Albert Einstein és az indiai fizikus, Satyendra Bose 1925-ben azt jósolta, hogy a tudósok ilyen anyagot generálhatnak, ha atomokat az abszolút nullához közeledő hőmérsékletnek vetnek alá. Hetven évvel később, az MIT-nél dolgozó Ketterle és szinte egyidejűleg Carl Wieman, a Boulder Colorado Egyetemen dolgozó, valamint Eric Cornell a Boulder Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézetéből készítették az első Bose-Einstein kondenzátumot. A három haladéktalanul Nobel-díjat nyert. Ketterle csapata a BEC-eket használja az anyag olyan alapvető tulajdonságainak tanulmányozására, mint például a összenyomhatóság és a furcsa alacsony hőmérsékleti jelenségek, például a túlfolyékonyság jobb megértése. Végül, Ketterle, sok fizikushoz hasonlóan, azt reméli, hogy felfedezi az anyag új formáit, amelyek szobahőmérsékleten szupravezetőkként működhetnek, és amelyek forradalmasíthatják az emberek energiafelhasználását. A legtöbb Nobel-díjas nyertesének hosszú karriert jelent. Ketterle számára, aki 44 éves korában kapta meg a kitüntetést, a BEC létrehozása új teret nyitott, amelyet kollégái évtizedek óta vizsgálnak.
Egy másik versenyző a leghidegebb helyre Cambridge-ben, a Lene Vestergaard Hau Harvard laboratóriumában található. Személyes legjobbja néhány millióharmadik F-fokú, abszolút nulla feletti, közel Ketterle-hez, amelyet szintén elért a BEC-k létrehozásakor. "Most minden nap készítünk BEC-eket" - mondja a nő, miközben lemegyünk a lépcsőn egy berendezéssel teli laboratóriumba. A szoba közepén egy biliárd-asztal méretű platform úgy néz ki, mint egy apró ovális tükrökből és ceruza-ólom-vékony lézer sugarakból épített labirintus. A BEC-k kiaknázásaként Hau és munkatársai megtettek valamit, ami lehetetlennek tűnhet: virtuális leállásra csökkenték a fényt.
A fénysebesség, amint valamennyien hallottuk, állandó: 186 171 mérföld / másodperc vákuumban. De a valós világban más, vákuumon kívül; például a fény nem csak meghajlik, hanem lassan is lassul, amikor áthalad az üvegen vagy a vízen. Ennek ellenére semmi sem összehasonlítva azzal, ami akkor történik, amikor Hau lézerfénysugarat ragyog a BEC-re: olyan, mintha egy baseballt párnába dobnának. "Először a sebességet elértük a kerékpár sebességéhez" - mondja Hau. "Most egy feltérképezés alatt áll, és valóban meg is állíthatjuk azt - tartsuk a fényt teljesen a BEC belsejében, nézzük meg, játsszunk vele, majd engedjük el, amikor készen állunk."
Így képes manipulálni a fényt, mert a BEC sűrűsége és hőmérséklete lelassítja a fény impulzusát. (Nemrégiben egy lépéssel tovább haladt: megállította az impulzust az egyik BEC-ben, átalakította elektromos energiává, átadta egy másik BEC-nek, majd engedte fel és újból továbbküldte.) Hau a BEC-k segítségével többet megismer a természetről a fény és a "lassú fény" - azaz a BEC-be csapdába eső fény - felhasználása a számítógépek feldolgozási sebességének javítása és az információk tárolásának új módjai biztosítása érdekében.
Nem minden ultrahideg kutatást végeznek BEC-kkel. Finnországban például Juha Tuoriniemi fizikus mágnesesen manipulálja a ródium-atomok magjait, hogy elérje az abszolút nulla feletti F fok fokos 180 trilliónyi hőmérsékletet. (A Guinness-rekord ellenére sok szakértő hitte Tuoriniemit azzal, hogy még alacsonyabb hőmérsékletet ér el, mint Ketterle, de ez attól függ, hogy atomcsoportot mér-e, például BEC, vagy csak az atomok részeit, például a magokat.)
Úgy tűnhet, hogy az abszolút nullát meg kell próbálni elérni, de Ketterle azt mondja, hogy jobban tudja. "Nem próbálunk" - mondja. "Ahol vagyunk, elég hideg van a kísérleteinkhez." Egyszerűen nem éri meg a bajt - nem is beszélve arról, hogy a fizikusok a hő és a termodinamika törvényei értelmezése szerint lehetetlen. "Ahhoz, hogy kiszívja az összes energiát, annak minden utolsó részét, és elérje a nulla energiát és az abszolút nullát - ennek teljesítéséhez a világegyetem korszakához lenne szüksége."
Tom Shachtman az Absolute Zero és a Hideghódítás szerzője, amely a jövőbeni PBS "Nova" dokumentumfilm alapja.
