Физики поставили абсолютный рекорд отрицательной температуры

Ученые только что побили рекорд самой холодной температуры, когда-либо измеренной в лаборатории: они достигли температуры охлаждения на 38 триллионных долей градуса выше -273,15 по Цельсию.

Команда немецких исследователей изучала квантовые свойства пятого состояния материи: конденсата Бозе-Эйнштейна, производного газа, существующего только в ультрахолодных условиях.

Находясь в фазе конденсата Бозе-Эйнштейна, сама материя начинает вести себя как один большой атом, что делает ее особенно привлекательной темой для квантовых физиков, интересующихся механикой субатомных частиц.

Температура — это мера молекулярной вибрации: чем больше движется совокупность молекул, тем выше общая температура.

Таким образом, абсолютный ноль — это точка, в которой останавливается все молекулярное движение — минус 459,67 градуса по Фаренгейту или минус 273,15 градуса Цельсия. Ученые даже разработали специальную шкалу для экстремально низких температур, называемую шкалой Кельвина, где ноль Кельвина соответствует абсолютному нулю.

Приближаясь к абсолютному нулю, начинают происходить странные вещи. Например, согласно исследованию, опубликованному в 2017 году в журнале Nature Physics, свет становится жидкостью, которую можно буквально налить в контейнер. Согласно исследованию, опубликованному в 2017 году в журнале Nature Communications, переохлажденный гелий перестает испытывать трение при очень низких температурах. А в Лаборатории холодных атомов НАСА исследователи даже стали свидетелями существования атомов сразу в двух местах.

В этом эксперименте ученые захватили облако из примерно 100 000 атомов газообразного рубидия в магнитном поле внутри вакуумной камеры. Затем они охладили камеру до уровня примерно 2 миллиардных градуса Цельсия выше абсолютного нуля, что, по данным NewAtlas, само по себе было бы мировым рекордом.

Но это было недостаточно холодно для исследователей, которые хотели раздвинуть границы физики; чтобы еще понизить температуру, им нужно было имитировать условия дальнего космоса. Таким образом, команда поместила свою установку на Бременской башне Европейского космического агентства, исследовательском центре микрогравитации при Бременском университете в Германии.

Падение вакуумной камеры при быстром включении и выключении магнитного поля, позволяло конденсату Бозе-Эйнштейна плавать, без влияния гравитации, и практически полностью останвить молекулярное движение атомов рубидия.

В результате конденсат находился на уровне 38 пикокельвинов — 38 триллионных долей Кельвина — в течение примерно 2 секунд, установив «абсолютный рекорд отрицательной температуры», сообщили в журнале Physical Review Letters.

Предыдущий рекорд в 36 миллионных долей Кельвина был достигнут учеными Национального института стандартов и технологий (NIST) в Боулдере, штат Колорадо, с помощью специализированных лазеров.

Самым холодным известным естественным местом во Вселенной является туманность Бумеранг, которая находится в созвездии Центавра, примерно в 5000 световых годах от Земли. По данным Европейского космического агентства, ее средняя температура составляет -272 °C (около 1 Кельвина).

Ученые заявили, что теоретически они могут поддерживать эту температуру в течение 17 секунд в действительно невесомых условиях, например, в космосе. По словам исследователей из Массачусетского технологического института, однажды сверхнизкие температуры могут помочь создать более совершенные квантовые компьютеры.

Статья опубликована Live Science.