رکورد سردترین دمای تاریخ شکسته شد

خبرگزاری ایسنا: محققان طی یک آزمایش گاز کوانتومی به دمای ۳۸ تریلیونیوم درجه بالاتر از صفر مطلق رسیدند که پایین‌ترین دمای ثبت شده روی زمین در تاریخ است.

فیزیک‌دانان دانشگاه "برمن" در آلمان به سردترین دمایی که تاکنون ثبت شده است، رسیدند که دمای فوق العاده پایین 38 تریلیونیوم درجه بالاتر از صفر مطلق است. آنها این کار را به عنوان بخشی از یک آزمایش شامل رها کردن یک گاز کوانتومی و کند کردن حرکت آن با آهن‌رباها انجام دادند.

صفر مطلق به عنوان منفی 273.15 درجه سانتیگراد(منفی 459.67 درجه فارنهایت) در نظر گرفته می‌شود و سردترین دمای ممکن در مقیاس ترمودینامیکی است. برای اینکه جسمی به این دما برسد، باید حرکت اتمی یا انرژی جنبشی اتم‌های آن صفر باشد و این برای دانشمندان غیرممکن است که به صفر مطلق برسند. با این حال، آزمایش‌هایی مانند "آزمایش اتم سرد" که در ایستگاه فضایی بین المللی انجام شد، به دمای 100 نانو کلوین یا 100 میلیونیم درجه بالای صفر مطلق رسیده است.

تیم تحقیقاتی دانشگاه "برمن" با ثبت دمای 38 پیکو کلوین یا 38 تریلیونیم درجه بالای صفر مطلق در طول آزمایشات خود، همه رکوردهای قبلی را شکستند. در بیانیه مطبوعاتی این تیم تحقیقاتی آمده است که هنگام تحقیق در مورد ویژگی‌های موج اتم‌ها، یکی از سردترین دماهای جهان برای چند ثانیه در مرکز فناوری کاربردی و ریز گرانش فضایی(ZARM) در دانشگاه "برمن" ایجاد شد.

این تیم برای آزمایشات خود یک ابر گازی متشکل از 100 هزار اتم روبیدیوم را در یک میدان مغناطیسی در یک محفظه خلاء به دام انداخت. این ابر گازی سپس به قدری خنک شد تا تبدیل به یک گاز کوانتومی به نام "چگالش بوز-اینشتین"(BEC) شود. از آنجایی که گازهای کوانتومی به طور یکنواخت عمل می‌کنند، گویی یک اتم بزرگ هستند و دانشمندان از آنها در آزمایش‌هایی استفاده می‌کنند که اثرات کوانتومی غیرمعمول را در مقیاس کلان مشاهده کنند و بتوانند دانش خود را در مورد مکانیک کوانتومی گسترش دهند.

"چگالش بوز-اینشتین"(Bose-Einstein condensate) پنجمین و جدیدترین حالت ماده است. این حالت، حالتی از ماده است که در آن یک گازِ رقیقِ (بوزون) را تا دمای بسیار پایین و در دمای منفی 273.14 درجه سانتی‌گراد(بسیار نزدیک به صفر مطلق) سرد می‌کنند. در اثر دمای بسیار پایین در این گذار فاز، بخش بسیار بزرگی از بوزون‌ها کمترین حالت کوانتومی را اشغال می‌کنند و در آن نقطه پدیده کوانتومیِ ماکروسکوپی آشکار می‌شود. بوزون‌های سرد در هم فرو می‌روند و ابَرذره‌هایی که رفتاری بیشتر شبیه یک ریزموج دارد تا ذره‌های معمولی شکل می‌گیرد. ماده چگال‌شده بوز-اینشتین شکننده و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.

محققان به منظور رسیدن به دمای مورد نظر، چگالش بوز-اینشتین را در مرکز تحقیقاتی "Drop Tower" رها کردند. در حالی که آنها این گاز را 120 متر در این برج به پایین انداختند، همچنین میدان مغناطیسی حاوی گاز را چندین بار روشن و خاموش کردند. هنگامی که این میدان مغناطیسی خاموش می‌شد، گاز شروع به منبسط شدن می‌کرد و هنگامی که دوباره روشن می‌شد، در حالت انقباض قرار می‌گرفت. این خاموش و روشن کردن موجب کند شدن انبساط گاز به حالت کامل می‌شود و به دلیل کاهش سرعت مولکولی، دمای آن را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

محققان تنها توانستند این دمای رکوردشکن را به مدت 2 ثانیه حفظ کنند، هرچند شبیه سازی‌هایی را انجام دادند که نشان می‌داد می‌توان آن را تقریباً 17 ثانیه در محیطی بدون گرانش مانند ایستگاه فضایی بین المللی حفظ کرد.

دانشمندان در فضا می‌توانند اتم‌ها را با استفاده از نیروهای بسیار ضعیف‌تری محدود کنند، زیرا لازم نیست با اثرات گرانش مقابله کنند. این بدان معناست که ممکن است تحقیقات بیشتری در "آزمایشگاه اتم سرد" ایستگاه فضایی بین المللی انجام شود، جایی که ستاره شناسان سال گذشته از ایجاد "حالت پنجم ماده" طی آزمایشات BEC خبر دادند.

آزمایشگاه اتم سرد در سال 2018 توسط موشک شرکت "اسپیس‌ایکس" به فضا منتقل شد و از آن زمان برای مشاهده پدیده‌های کوانتومی که در زمین غیرقابل تشخیص است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.