دانشمندان سردترین دمای جهان را ایجاد کردند؛ فقط برای چند ثانیه!

موبنا؛ محمدمهدی حیدرپور – دانشمندان سردترین شرایطی که تاکنون ثبت شده است را ایجاد کردند که تنها 38 تریلیونیم درجه بیشتر از صفر مطلق بود. 

کارشناسان دانشگاه برمن آلمان هنگام پژوهش درباره ویژگی های موج اتم ها، یکی از سردترین نقاط گیتی را برای چند ثانیه در آزمایشگاه ایجاد کردند.

صفر مطلق، صفر کلوین یا منفی 459.67 درجه فارنهایت (منفی 273.15 درجه سلسیوس)، نقطه ای است که در آن اتم ها هیچ انرژی نداشته و حرکت نمی کنند و این سردترین دمایی است که از نظر تئوری ممکن است به آن برسیم.

برای نزدیک شدن به این نقطه تا حد امکان، تیم پژوهشی دانشگاه برمن ابری از اتم ها را دستکاری کردند تا به جایی برسد که در یک حالت سکون مجازی قرار داشته باشد.

برای چند ثانیه این ذرات چنان بی حرکت بودند که دما به 38 پیکوکلوین که 38 تریلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق است، کاهش یافت.

به گفته تیم پژوهشی، این می تواند پیامدهای چشمگیری برای درک مکانیک های کوانتوم داشته باشد زیرا هرچه دما سردتر باشد، ماده عجیب‌تر عمل می کند.

چگالش بوز-اینشتین: حالت پنجم ماده

چگالش بوز-اینشتین پس از جامد، مایع، گاز و پلاسما به عنوان حالت پنجم ماده شناخته می شود.

این حالت از ماده در کسری بالاتر از صفر مطلق و فقط در اتم هایی که مانند بوزون ها، یکی از دو نوع ذرات بنیادی، عمل می کنند، شکل می گیرد.

زمانی که اتم های بوزونیک سرد می شوند تا یک چگالش شکل بگیرد، می توانند فردیت خود را از دست بدهند. آنها همانند یک سوپراتم بهم پیوسته بزرگ رفتار می کنند.

نخستین چگالش بوز-اینشتین تقریبا 25 سال پیش توسط پژوهشگران دانشگاه کلرادو بولدر در آمریکا نشان داده شد.

برای دستیابی به دمای بسیار پایین، تیم آلمانی فرآیندی را توسعه دادند که دمای یک سامانه را با کند کردن ذرات تا نقطه ای که تقریبا به حالت سکون کامل نزدیک شوند، کاهش می دهد.

این دما به اندازه ای پایین است که هیچ دماسنجی با قابلیت تشخیص آن وجود ندارد، از این رو، اندازه گیری بر عدم حرکت جنبشی ذرات مشاهده شده استوار است.

مکانیزم مورد استفاده برای تشخیص دما می تواند ماده ای که مانند یک موج رفتار می کند را ببیند.

برای مطالعه این امواج تیم پژوهشی از یک عدسی مغناطیسی استفاده کردند که به آنها اجازه می داد تا یک گاز کوانتومی را ایجاد کرده و از آن برای ایجاد موج متمرکز ماده ای بهره ببرند. پژوهشگران امکان کنترل این موج و حصول اطمینان از این که به روشی مشخص رفتار می کند را داشتند.

تیم پژوهشی دانشگاه برمن برای آزمایش خود ابری گازی متشکل از 100 هزار اتم روبیدیوم را در یک میدان مغناطیسی در یک محفظه خلاء به دام انداختند. دمای این ابر گازی به اندازه ای خنک شد تا تبدیل به گاز کوانتومی چگالش بوز-اینشتین شود.

پژوهشگران قصد دارند در آزمایش های آینده خود حرکت ذرات را هرچه بیشتر کند کرده و به نقطه ای برسند که دمای پایین برای مدت زمان طولانی‌تری ادامه داشته تا امکان مطالعه با جزئیات بیشتر برای آنها فراهم شود.

یافته های پژوهشگران آلمانی در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.

صفر مطلق: سردترین چیزی که هر چیزی می تواند تجربه کند

صفر مطلق یا صفر کلوین از نظر تئوری سردترین دمایی است که می توان به آن دست یافت و نقطه ای است که در آن حرکت اتم ها متوقف شده و هیچ انرژی ندارند.

این پایین‌ترین حد مقیاس دمایی ترمودینامیک، حالتی که در آن آنتالپی و آنتروپی گاز سرد شده به ارزش حداقلی خودشان می رسد، محسوب می شود.

ذرات بنیادی طبیعت در این نقطه دمایی حداقل حرکت و لرزش را دارند و فقط حرکت ذره ای ناشی از انرژی نقطه صفر را حفظ می کنند.

این شرایط در مقیاس کلوین اندازه گیری می شود که صفر مطلق یا صفر کلوین است که برابر با منفی 273.15 درجه در مقیاس سلسیوس و منفی 459.67 درجه در مقیاس فارنهایت است.

بر همین اساس، نقطه جوش آب در سطح دریا روی سیاره زمین برابر با 373.2 کلوین است.

دانشمندان از طریق ایجاد حالت های غیرمعمول ماده مانند چگالش بوز-اینشتین، ابررسانایی و ابرشارگی به دماهایی نزدیک به صفر مطلق دست یافته اند.

 منبع: عصرایران