فیزیکدانان رکورد سردترین درجه حرارت آزمایشگاهی را شکستند

0

دانشمندان به تازگی رکورد دستیابی به سردترین دما را شکستند: آن‌ها انداختن گاز تحت تاثیر میدان مغناطیسی از ارتفاع ۱۲۰ متری، به دمای ۳۸ تریلیونم درجه بالاتر از صفر مطلق یعنی -۲۷۳.۱۵ درجه سانتیگراد رسیدند.

تیم محققان آلمانی در حال بررسی ویژگی‌های کوانتومی حالت ماده به اصطلاح حالت پنجم ماده یا چگالش بوز–اینشتین (BEC)، بودند که مشتقی از گاز است که تنها در شرایط بسیار سردایجاد می‌شود.

چگالش بوز–اینشتین پنجمین و جدیدترین حالت ماده است. این حالت، حالتی از ماده است که در آن، یک گازِ رقیقِ بوزون را تا دمای بسیار پایین (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 اِشغال می‌کنند و در آن نقطه پدیدهٔ کوانتومیِ ماکروسکوپی آشکار می‌شود. بوزون‌های سرد در هم فرو می‌روند و ابَر ذره‌هایی که رفتاری بیشتر شبیه یک ریزموج دارد تا ذره‌های معمولی شکل می‌گیرد. مادهٔ چگال‌شدهٔ بوز–اینشتین شکننده و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.

در مرحله BEC، خود ماده شروع به رفتار مانند یک اتم بزرگ می‌کند و این موضوع را به عنوان موضوعی جذاب برای فیزیکدانان کوانتومی که به مکانیک ذرات زیر اتمی علاقه دارند، قرار می‌دهد.

دما در واقع اندازه‌گیری ارتعاش مولکولی است یعنی هرچه مجموعه‌ای از مولکول‌ها بیشتر حرکت کنند، دمای جمعی بالاتر است.

بنابراین، صفر مطلق نقطه‌ای است که همه حرکت‌های مولکولی متوقف می‌شود. این دما منفی ۲۷۳.۱۵ درجه سانتی گراد است. دانشمندان حتی مقیاس ویژه‌ای را برای دمای بسیار سرد ایجاد کرده‌اند، به نام مقیاس کلوین، که در آن صفر کلوین مطابق با صفر مطلق است.

نزدیک به صفر مطلق، برخی از چیزهای عجیب شروع به رخ دادن می‌کنند. به عنوان مثال، بر اساس تحقیقی که در سال ۲۰۱۷ در مجله Nature Physics منتشر شد، نور به اصطلاح مایعی تبدیل می‌شود که می‌توان آن را در ظرفی ریخت. بر اساس مطالعه‌ای که در سال ۲۰۱۷ در مجله Nature Communications منتشر شد، هلیوم فوق سرد اصطکاک صفر در دمای بسیار پایین دارد و در  آزمایشگاه اتم سرد ناسا، محققان حتی اتم‌هایی را مشاهده کردند که به طور همزمان در دو مکان وجود داشتند.

در این آزمایش رکوردشکن، دانشمندان ابری از حدود ۱۰۰۰۰۰ اتم روبیدیوم گازی را در یک میدان مغناطیسی در داخل یک محفظه خلا به دام انداختند. سپس، آن‌ها اتاق را تا حدود ۲ میلیاردم درجه سانتیگراد بالاتر از صفر مطلق سرد کردند، که به گفته NewAtlas، به خودی خود یک رکورد جهانی بود.

اما حتی این کار برای محققانی که می‌خواستند محدودیت‌های فیزیک را پشت سر بگذارند، به اندازه کافی سرد نبود. برای سردتر شدن، آن‌ها برج سقوط برمن آژانس فضایی اروپا رفتند که یک مرکز تحقیقاتی گرانش در دانشگاه برمن درشهر برمن آلمان برد.

با رها کردن محفظه خلاء در سقوط آزاد و روشن و خاموش کردن سریع میدان مغناطیسی، BEC بدون نیروی جاذبه شناور می‌شود و حرکت مولکولی اتم‌های روبیدیوم را تقریباً متوقف می‌کند.

پژوهشگران در ۳۰ اوت در مجله Physical Review Letters گزارش دادند که BEC حاصله در ۳۸ پیکوکلوین – ۳۸تریلیونم کلوین – برای حدود ۲ ثانیه باقی ماند و رکورد نزدیک شدن به صفر مطلق را شکست.

رکورد قبلی ۳۶ میلیونم کلوین توسط دانشمندان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) در بولدر،کلرادو با لیزرهای ویژه به دست آمد.

سردترین مکان طبیعی شناخته شده در جهان، سحابی بومرنگ است که در صورت فلکی قنطورس واقع شده است که در فاصله ۵۰۰۰ سال نوری از زمین است. طبق اعلام آژانس فضایی اروپا دمای متوسط آن -۲۷۲ درجه سانتی گراد (حدود ۱ کلوین) است.

محققان اعلام کردند که از لحاظ نظری، آن‌ها می‌توانند این دما را تا ۱۷ ثانیه در شرایط واقعا بی‌وزنی مانند فضا حفظ کنند. به گفته محققان MIT،  دمای بسیار سرد ممکن است روزی به دانشمندان کمک کند تا کامپیوتر‌های کوانتومی بهتری بسازند.

منبع: sciencealert

   

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.