Znanstvenici na kineskoj svemirskoj postaji Tiangong postigli su dosad nezabilježenu temperaturu od samo 9,7 pikokelvina, čime su postavili novi rekord u približavanju apsolutnoj nuli
Riječ je o ekstremno hladnom kvantnom stanju materije koje bi moglo otvoriti nove mogućnosti u istraživanju temeljnih zakona fizike.
Za usporedbu, prosječna temperatura svemira iznosi oko 2,7 kelvina, odnosno minus 270,45 stupnjeva Celzija. Nova vrijednost čak je 280 milijardi puta niža, no riječ je o ekvivalentnoj temperaturi koja opisuje energiju i gibanje atoma, a ne o uobičajenom mjerenju temperature.
vezane vijesti
Apsolutna nula, odnosno nula kelvina (minus 273,15 stupnjeva Celzija), predstavlja teorijsku donju granicu temperature. Nikada je nije moguće u potpunosti dosegnuti, ali znanstvenici već desetljećima pokušavaju materiju ohladiti što bliže toj granici.
U novom istraživanju, objavljenom u časopisu Science, fizičari su stvorili takozvani Bose-Einsteinov kondenzat – neobično stanje materije u kojem se atomi na ekstremno niskim temperaturama počinju ponašati kao jedinstvena kvantna cjelina, umjesto kao skupina zasebnih čestica.
Zašto je važan eksperiment u svemiru?
Stvaranje takvog stanja na Zemlji otežava gravitacija, zbog čega su istraživači eksperiment proveli u orbiti, gdje vlada mikrogravitacija. Koristili su oblak atoma rubidija-87, koje su najprije hladili laserima, a zatim dodatno snižavali njihovu energiju postupkom poznatim kao evaporativno hlađenje. Pritom najenergičniji atomi napuštaju oblak, dok preostali postaju sve hladniji.
Budući da u svemiru nedostaje učinak gravitacije koji bi pomogao tom procesu, znanstvenici su primijenili gradijent magnetskog polja kako bi oponašali njezino djelovanje. Tako su stvorili Bose-Einsteinov kondenzat od približno 20.000 atoma, ohlađenih na 3,1 nanokelvin.
Potom su kondenzat prenijeli u širu optičku zamku, postupno je slabili i na kraju potpuno isključili. Oblak atoma širio se iznimno sporo, a istraživači su njegove čestice mogli detektirati čak sedam sekundi nakon oslobađanja. Na temelju brzine širenja izračunali su rekordnu ekvivalentnu temperaturu od 9,7 pikokelvina.
Od temperaturnog rekorda do novih istraživanja
Ovaj rezultat nije važan samo zbog obaranja rekorda. Što se atomi sporije gibaju, znanstvenici ih dulje mogu promatrati i preciznije mjeriti njihova svojstva.
Jedna od mogućih primjena je atomska interferometrija, metoda koja koristi valna svojstva atoma za otkrivanje iznimno malih promjena u okolini. Takva bi tehnologija mogla pomoći u testiranju temeljnih fizikalnih načela, uključujući princip ekvivalencije, prema kojem gravitacija jednako djeluje na tijela bez obzira na njihovu masu ili sastav.
Istraživanje bi moglo omogućiti i proučavanje egzotičnih kvantnih stanja materije koja je teško proizvesti i promatrati u zemaljskim laboratorijima. Znanstvenici smatraju da bi ultrahladne atomske platforme u svemiru mogle postati važan alat budućih svemirskih misija, osobito u kvantnim simulacijama i iznimno preciznim mjerenjima.
