Аналитика
Кинеските научници на вселенската станица „Тјангонг“ поставија нов физички рекорд, постигнувајќи ја најниската еквивалентна температура некогаш измерена во лабораториски услови. Еден облак од атоми беше доведен до границата на апсолутната нула, со што беше соборен претходниот рекорд во потрагата по најниските можни температури.
Додека лебдеа стотици милји над површината на Земјата во кинеската вселенска станица „Тиангонг“, истражувачите успеаја да предизвикаат ширење на околу 20.000 атоми на рубидиум со енергија еквивалентна на само 9,7 трилионити делови од степенот над апсолутната нула – што е четири пати пониско од рекордот од 38 пикокелвини, поставен од истражувачи во 2021 година.
Ширењето на облакот беше следено и многу подолго отколку во претходните експерименти, што на идните истражувачи им овозможува поширок простор за проучување на физиката при вакви екстремно ниски температури.
Трката кон најниските граници на термодинамиката со децении ја обликува физиката. Во јуни 1995 година, во рамките на соработката помеѓу Националниот институт за стандарди и технологија на САД и Универзитетот во Колорадо во Болдер, рубидиумот беше изладен до 20 милијардити делови од степенот над теоретската граница на апсолутната нула. Притоа, од атомите беше одземена доволно топлинска енергија за да се создаде сосема нова состојба на материјата, позната како Бозе-Ајнштајнов кондензат.
При доволно ниски температури, повеќе атоми ја заземаат истата квантна состојба, претворајќи се, всушност, во еден единствен бран на материјата. Феномените што вообичаено би можеле да се забележат само кај поединечни честички, на овој начин стануваат достапни во многу поголеми размери.
Денес, Бозе-Ајнштајновите кондензати се стандардна алатка во физиката. Сепак, потрагата по уште пониски температури и нови начини за манипулирање со оваа уникатна форма на материјата продолжи. До 2003 година, тим предводен од МИТ (MIT) успеа да го излади натриумот до само 450 пикокелвини, користејќи магнетна замка. Тие го ослабнаа ограничувањето што ги држеше атомите, овозможувајќи им на оние со најголема енергија да избегаат, при што ја однесоа и топлината со себе.
Иако овој метод е ефикасен за намалување на просечната температура на гасот, магнетните замки влијаат врз едно својство на заробените атоми, познато како спин. Пронаоѓањето начини за дополнително олабавување на контролата врз овој „рој“ од атоми би им овозможило на физичарите да го прилагодат магнетното поле, со цел да го намалат тоа влијание, а истовремено да постигнат уште пониски температури.
Во 2021 година, истражувачите искористија слободен пад за да ѝ се спротивстават на гравитацијата, постигнувајќи ефективна температура од само 38 пикокелвини. Користејќи кула за слободен пад на Универзитетот во Бремен, Германија, тимот го доведе рубидиумот во состојба на бестежинска состојба, доволно долго за магнетна леќа да предизвика негово ширење и ладење.
Орбитата нуди уште подобра можност за вакви истражувања. Користејќи вкрстени ласерски зраци, тимот што стои зад овој нов рекорд ги задржа атомите во таканаречена оптичка диполна замка. За разлика од магнетните замки, овие „кафези“ ги држат атомите во состојба која е магнетно нечувствителна.
Комбинирајќи ласери за забавување на брзите атоми со процес на испарувачко ладење, тимот создаде кондензат.
Ова не беше прв ваков случај во орбитата (тој успех беше постигнат на Меѓународната вселенска станица во 2020 година). Но, она што следеше потоа, беше прво од ваков вид.
Преку примена на магнетно поле со благ градиент, беа отстранети атомите што се движеа побрзо. Потоа, преостанатите „бавни“ атоми беа префрлени во втора, поширока оптичка замка, чија јачина беше намалена. Со тоа се олабави ограничувањето на облакот, пред тој конечно да биде ослободен.
На површината на Земјата, гравитацијата би ги оддалечила атомите еден од друг. Во услови на слободен пад во орбитата, истражувачите можеа значително повеќе да го олабават тоа ограничување. Сликите направени од две различни насоки покажаа колку брзо облакот се шири долж трите оски; мерењата укажаа на тоа дека температурата паднала на вредност помеѓу 7,0 и 12,9 пикокелвини.
Важно е да се напомене дека оваа исклучително ниска вредност претставува проценка заснована на енергијата поврзана со ширењето на облакот, а не отчитување од конвенционален термометар.
Сепак, тоа бавно ширење е од големо значење. Облак што се шири побавно им овозможува на физичарите повеќе време за проучување на неговото квантно однесување, пред тој да стане премногу разреден за понатамошна употреба. Во овој случај, тоа време изнесуваше цели седум секунди.
Комбинацијата од пониска температура и подолг период на набљудување може да биде корисна за експерименти што користат интерферометри – уреди кои ги раздвојуваат и повторно ги спојуваат материјалните бранови за да откријат ситни разлики во нивните патеки.
Ваквите инструменти би можеле да проверат дали различни атоми паѓаат на идентичен начин, што би отворило нови можности за тестирање на општата теорија на релативноста. Исто така, прецизно обликувани ласерски полиња би можеле да ја претворат оваа платформа во симулатор за необични квантни состојби. Се чини дека истражувањата на студената материја стануваат сè поактуелни. Иако достигнувањето на апсолутната нула е математички невозможно, овој нов метод би можел да ги прошири нашите сознанија, доведувајќи ја материјата до состојба на речиси целосно мирување.
(Фото: Xiaoji Zhou, Peking University)
