پایین ترین دمای ثبت شده روی زمین - مجله فناوری

به گزارش ایسنا، فیزیک دانان دانشگاه برمن در آلمان به سردترین دمایی که تا به امروز 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 آهن رباها انجام دادند.

صفر مطلق به عنوان منفی 273.15 درجه سانتیگراد (منفی 459.67 درجه فارنهایت) در نظر گرفته می گردد و سردترین دمای ممکن در مقیاس ترمودینامیکی است. برای اینکه جسمی به این دما برسد، باید حرکت اتمی یا انرژی جنبشی اتم های آن صفر باشد و این برای دانشمندان غیرممکن است که به صفر مطلق برسند. با این حال، آزمایش هایی 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 خصوص ویژگی های موج اتم ها، یکی از سردترین دماهای دنیا 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) گردد. از آنجایی که گازهای کوانتومی به طور یکنواخت عمل می نمایند، گویی یک اتم بزرگ هستند و دانشمندان از آنها در آزمایش هایی استفاده می نمایند که اثرات کوانتومی غیرمعمول را در مقیاس کلان مشاهده نمایند و بتوانند دانش خود را در خصوص مکانیک کوانتومی توسعه 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 سانتی گراد(بسیار نزدیک به صفر مطلق) سرد می نمایند. در اثر دمای بسیار پایین در این گذار فاز، بخش بسیار بزرگی از بوزون ها کمترین حالت کوانتومی را اشغال می نمایند و در آن نقطه پدیده کوانتومیِ ماکروسکوپی آشکار می گردد. بوزون های سرد در هم فرو می فرایند و ابَرذره هایی که رفتاری بیشتر شبیه یک ریزموج دارد تا ذره های معمولی شکل می گیرد. ماده چگال شده بوز-اینشتین شنماینده 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، بعلاوه میدان مغناطیسی حاوی گاز را چندین بار روشن و خاموش کردند. هنگامی که این میدان مغناطیسی خاموش می شد، گاز آغاز به منبسط شدن می کرد و هنگامی که دوباره روشن می شد، در حالت انقباض قرار می گرفت. این خاموش و روشن کردن موجب کند شدن انبساط گاز به حالت کامل می گردد و به علت کاهش سرعت مولکولی، دمای آن را تا حد زیادی کاهش می دهد.

محققان تنها توانستند این دمای رکوردشکن را به مدت 2 ثانیه حفظ نمایند، هرچند شبیه سازی هایی را انجام دادند که نشان می داد می توان آن را تقریباً 17 ثانیه در محیطی بدون گرانش مانند ایستگاه فضایی بین المللی حفظ کرد.

دانشمندان در فضا می توانند اتم ها را با استفاده از نیروهای بسیار ضعیف تری محدود نمایند، زیرا لازم نیست با اثرات گرانش مقابله نمایند. این بدان معناست که ممکن است تحقیقات بیشتری در آزمایشگاه اتم سرد ایستگاه فضایی بین المللی انجام گردد، جایی که ستاره شناسان سال گذشته از ایجاد حالت پنجم ماده طی آزمایشات BEC خبر دادند.

آزمایشگاه اتم سرد در سال 2018 به وسیله موشک شرکت اسپیس ایکس به فضا منتقل شد و از آن موقع برای مشاهده پدیده های کوانتومی که در زمین غیرقابل تشخیص است، مورد استفاده قرار می گیرد.