رکورد سردترین دمای تاریخ شکسته شد

 به نقل از آي‌اي، فيزيک‌دانان دانشگاه "برمن" در آلمان به سردترين دمايي که تاکنون ثبت شده است، رسيدند که دماي فوق العاده پايين 38 تريليونيوم درجه بالاتر از صفر مطلق است. آنها اين کار را به عنوان بخشي از يک آزمايش شامل رها کردن يک گاز کوانتومي و کند کردن حرکت آن با آهن‌رباها انجام دادند.

صفر مطلق به عنوان منفي 273.15 درجه سانتيگراد(منفي 459.67 درجه فارنهايت) در نظر گرفته مي‌شود و سردترين دماي ممکن در مقياس ترموديناميکي است. براي اينکه جسمي به اين دما برسد، بايد حرکت اتمي يا انرژي جنبشي اتم‌هاي آن صفر باشد و اين براي دانشمندان غيرممکن است که به صفر مطلق برسند. با اين حال، آزمايش‌هايي مانند "آزمايش اتم سرد" که در ايستگاه فضايي بين المللي انجام شد، به دماي 100 نانو کلوين يا 100 ميليونيم درجه بالاي صفر مطلق رسيده است.

تيم تحقيقاتي دانشگاه "برمن" با ثبت دماي 38 پيکو کلوين يا 38 تريليونيم درجه بالاي صفر مطلق در طول آزمايشات خود، همه رکوردهاي قبلي را شکستند. در بيانيه مطبوعاتي اين تيم تحقيقاتي آمده است که هنگام تحقيق در مورد ويژگي‌هاي موج اتم‌ها، يکي از سردترين دماهاي جهان براي چند ثانيه در مرکز فناوري کاربردي و ريز گرانش فضايي(ZARM) در دانشگاه "برمن" ايجاد شد.

اين تيم براي آزمايشات خود يک ابر گازي متشکل از 100 هزار اتم روبيديوم را در يک ميدان مغناطيسي در يک محفظه خلاء به دام انداخت. اين ابر گازي سپس به قدري خنک شد تا تبديل به يک گاز کوانتومي به نام "چگالش بوز-اينشتين"(BEC) شود. از آنجايي که گازهاي کوانتومي به طور يکنواخت عمل مي‌کنند، گويي يک اتم بزرگ هستند و دانشمندان از آنها در آزمايش‌هايي استفاده مي‌کنند که اثرات کوانتومي غيرمعمول را در مقياس کلان مشاهده کنند و بتوانند دانش خود را در مورد مکانيک کوانتومي گسترش دهند.

"چگالش بوز–اينشتين"(Bose–Einstein condensate) پنجمين و جديدترين حالت ماده است. اين حالت، حالتي از ماده است که در آن يک گازِ رقيقِ (بوزون) را تا دماي بسيار پايين و در دماي منفي 273.14 درجه سانتي‌گراد(بسيار نزديک به صفر مطلق) سرد مي‌کنند. در اثر دماي بسيار پايين در اين گذار فاز، بخش بسيار بزرگي از بوزون‌ها کمترين حالت کوانتومي را اشغال مي‌کنند و در آن نقطه پديده کوانتوميِ ماکروسکوپي آشکار مي‌شود. بوزون‌هاي سرد در هم فرو مي‌روند و ابَرذره‌هايي که رفتاري بيشتر شبيه يک ريزموج دارد تا ذره‌هاي معمولي شکل مي‌گيرد. ماده چگال‌شده بوز–اينشتين شکننده و سرعت عبور نور در آن بسيار کم است.

محققان به منظور رسيدن به دماي مورد نظر، چگالش بوز-اينشتين را در مرکز تحقيقاتي "Drop Tower" رها کردند. در حالي که آنها اين گاز را 120 متر در اين برج به پايين انداختند، همچنين ميدان مغناطيسي حاوي گاز را چندين بار روشن و خاموش کردند. هنگامي که اين ميدان مغناطيسي خاموش مي‌شد، گاز شروع به منبسط شدن مي‌کرد و هنگامي که دوباره روشن مي‌شد، در حالت انقباض قرار مي‌گرفت. اين خاموش و روشن کردن موجب کند شدن انبساط گاز به حالت کامل مي‌شود و به دليل کاهش سرعت مولکولي، دماي آن را تا حد زيادي کاهش مي‌دهد.

محققان تنها توانستند اين دماي رکوردشکن را به مدت 2 ثانيه حفظ کنند، هرچند شبيه سازي‌هايي را انجام دادند که نشان مي‌داد مي‌توان آن را تقريباً 17 ثانيه در محيطي بدون گرانش مانند ايستگاه فضايي بين المللي حفظ کرد.

دانشمندان در فضا مي‌توانند اتم‌ها را با استفاده از نيروهاي بسيار ضعيف‌تري محدود کنند، زيرا لازم نيست با اثرات گرانش مقابله کنند. اين بدان معناست که ممکن است تحقيقات بيشتري در "آزمايشگاه اتم سرد" ايستگاه فضايي بين المللي انجام شود، جايي که ستاره شناسان سال گذشته از ايجاد "حالت پنجم ماده" طي آزمايشات BEC خبر دادند.

آزمايشگاه اتم سرد در سال 2018 توسط موشک شرکت "اسپيس‌ايکس" به فضا منتقل شد و از آن زمان براي مشاهده پديده‌هاي کوانتومي که در زمين غيرقابل تشخيص است، مورد استفاده قرار مي‌گيرد.