Рекорд найнижчої штучно створеної температури 28.09.2021

Вченим-фізикам з Німеччини вдалося отримати найнижчу температуру, зареєстровану за весь час існування науки, всього 38 пікокельвінів, 38 трильйонних часток вище точки абсолютного нуля. У проведеному ними експерименті використовувався процес вільного падіння хмари квантового газу та включення-вимикання магнітного поля для того, щоб уповільнити атоми газу практично до повної зупинки їхнього теплового руху.

Точка абсолютного нуля, -273.15 градусів Цельсія, є найнижчою температурою, яку можна отримати згідно з усіма канонами термодинаміки. При такій температурі повністю припиняється тепловий рух атомів і ці атоми перестають мати будь-яку кінетичну енергію, що повинно призводити до появи дуже дивних ефектів. Однак досягнення точки абсолютного нуля і нижче на практиці недосяжне через те, що фізично неможливо відібрати в атомів абсолютно всю їхню кінетичну енергію.

Проте вчені постійно намагаються наблизитися до точки абсолютного нуля, кілька років тому вчені з Гарварду успішно провели "найхолоднішу" хімічну реакцію при температурі в 500 нанокельвінів, 500 мільйонних частинах градуса вище за абсолютного нуля. Дещо пізніше в лабораторії Cold Atom Lab на борту Міжнародної космічної станції були проведені експерименти при температурі в 100 нанокельвінів.

Проте згадані вище температури досить високі порівняно з останнім досягненням німецьких вчених. І для того, щоб отримати таку температуру, вчені використовували хмару, що складається зі 100 тисяч атомів рубідії, спійманих у магнітну пастку всередині вакуумної камери. Спочатку хмара атомів була охолоджена до температури, за якої утворився так званий конденсат Бозе-Ейнштейна, всі атоми якого мають квантовий взаємозв'язок. Завдяки цьому взаємозв'язку вся хмара конденсату поводиться як один великий атом, що дозволяє бачити прояв квантових ефектів у макромасштабі.

Конденсат Бозе-Ейнштейна був сформований при температурі в дві мільярдні частини вище точки абсолютного нуля, але при цьому він був недостатньо холодним. Експеримент проводився у спеціальній вежі Bremen Drop Tower, у якій встановлено вакуумну камеру з магнітними пастками, висотою 120 метрів, у якій проводяться експерименти, пов'язані з вільним падінням. І під час того, як хмара конденсату Бозе-Ейнштейна вільно падала під впливом гравітації, вчені включали та вимикали магнітне строго в заздалегідь розраховані моменти часу.

Коли магнітне поле включалося, хмара конденсату Бозе-Ейнштейна дещо стискалася. Коли ж відбувалося вимкнення магнітного поля, хмара конденсату розширювалася. Моменти включення і вимкнення магнітного поля були синхронізовані таким чином, що вплив, що надається цим, призвело практично до повної зупинки руху атомів конденсату, що означає ефективне зниження температури.

Під час такого експерименту вченим вдалося досягти та втримати рекордно низьку температуру протягом 2 секунд. Однак розрахунки створених математичних моделей показали, що в космосі в умовах мікрогравітації або невагомості на борту супутника, наприклад, така температура може протриматися протягом 17 секунд, чого буде достатньо для проведення дуже складних експериментів.