فیزیکدانان رکورد سردترین درجه حرارت آزمایشگاهی را شکستند - وبلاگ دبستانیها

به گزارش وبلاگ دبستانیها، دانشمندان به تازگی رکورد دستیابی به سردترین دما را شکستند: آن ها انداختن گاز تحت تاثیر میدان مغناطیسی از ارتفاع 120 متری، به دمای 38 تریلیونم درجه بالاتر از صفر مطلق یعنی -273.15 درجه سانتیگراد رسیدند.

تیم محققان آلمانی در حال آنالیز ویژگی های 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 می گردد.

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 می نمایند. در اثر دمای بسیار پایین در این گذار فاز ، بخش بسیار بزرگی از بوزون ها، کمترین حالت کوانتومی را اِشغال می نمایند و در آن نقطه پدیدهٔ کوانتومیِ ماکروسکوپی آشکار می گردد. بوزون های سرد در هم فرو می فرایند و ابَر ذره هایی که رفتاری بیشتر شبیه یک ریزموج دارد تا ذره های معمولی شکل می گیرد. مادهٔ چگال شدهٔ بوز-اینشتین شنماینده و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.

در مرحله BEC، خود ماده آغاز به رفتار مانند یک اتم بزرگ می نماید و این موضوع را به عنوان موضوعی مجذوب کننده برای فیزیکدانان کوانتومی که به مکانیک ذرات زیر اتمی علاقه دارند، قرار می دهد.

دما در واقع مقدار گیری ارتعاش مولکولی است یعنی هرچه مجموعه ای از مولکول ها بیشتر حرکت نمایند، دمای جمعی بالاتر است.

بنابراین، صفر مطلق نقطه ای است که همه حرکت های مولکولی متوقف می گردد. این دما منفی 273.15 درجه سانتی گراد است. دانشمندان حتی مقیاس ویژه ای را برای دمای بسیار سرد ایجاد نموده اند، به نام مقیاس کلوین، که در آن صفر کلوین مطابق با صفر مطلق است.

نزدیک به صفر مطلق، بعضی از چیزهای عجیب آغاز به رخ دادن می نمایند. به عنوان مثال، بر اساس تحقیقی که در سال 2017 در مجله Nature Physics منتشر شد، نور به اصطلاح مایعی تبدیل می گردد که می توان آن را در ظرفی ریخت. بر اساس مطالعه ای که در سال 2017 در مجله Nature Communications منتشر شد، هلیوم فوق سرد اصطکاک صفر در دمای بسیار پایین دارد و در آزمایشگاه اتم سرد ناسا، محققان حتی اتم هایی را مشاهده کردند که به طور همزمان در دو مکان وجود داشتند.

در این آزمایش رکوردشکن، دانشمندان ابری از حدود 100000 اتم روبیدیوم گازی را در یک میدان مغناطیسی در داخل یک محفظه خلا به دام انداختند. سپس، آن ها اتاق را تا حدود 2 میلیاردم درجه سانتیگراد بالاتر از صفر مطلق سرد کردند، که به گفته NewAtlas، به خودی خود یک رکورد دنیای بود.

اما حتی این کار برای محققانی که می خواستند محدودیت های فیزیک را پشت سر بگذارند، به مقدار کافی سرد نبود. برای سردتر شدن، آن ها 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 می گردد و حرکت مولکولی اتم های روبیدیوم را تقریباً متوقف می نماید.

پژوهشگران در 30 اوت در مجله Physical Review Letters گزارش دادند که BEC حاصله در 38 پیکوکلوین - 38تریلیونم کلوین - برای حدود 2 ثانیه باقی ماند و رکورد نزدیک شدن به صفر مطلق را شکست.

رکورد قبلی 36 میلیونم کلوین به وسیله دانشمندان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) در بولدر،کلرادو با لیزرهای ویژه به دست آمد.

سردترین مکان طبیعی شناخته شده در دنیا، سحابی بومرنگ است که در صورت فلکی قنطورس واقع شده است که در فاصله 5000 سال نوری از زمین است. طبق اعلام آژانس فضایی اروپا دمای میانه آن -272 درجه سانتی گراد (حدود 1 کلوین) است.

محققان اعلام کردند که از لحاظ نظری، آن ها می توانند این دما را تا 17 ثانیه در شرایط واقعا بی وزنی مانند فضا حفظ نمایند. به گفته محققان MIT، دمای بسیار سرد ممکن است روزی به دانشمندان یاری کند تا کامپیوتر های کوانتومی بهتری بسازند.

منبع: sciencealert