Физики уронили установку с башни, добившись рекордного падения температуры
Команда физиков-экспериментаторов из Бременского университета побила рекорд по достижению самой низкой температуры, уронив её до удивительного показателя в 38 пикокельвин. Для этого им пришлось уронить установку с очень высокой башни.
Ограничения на максимальную температуру существуют пока только теоретически и в расчётах. А вот самая низкая температура хорошо известна: абсолютный ноль соответствует -273,15 °C. Чем ближе экспериментаторы подбираются к этому показателю, тем тяжелее это сделать. Немецким физикам удалось приблизиться к этому показателю на очередное рекордно малое расстояние — 38 пикокельвин, или 38 триллионных долей градуса. Результаты эксперимента описаны в работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Среди предыдущих попыток — эксперимент Массачусетского технологического института, в котором учёные, по их словам, создали «самое холодное место во Вселенной» (500 нанокельвин) при помощи атомов натрия и калия. Похожие эксперименты проводились и на Международной космической станции (в Cold Atom Lab удалось достичь температуры в 100 нанокельвин). Однако достичь абсолютного нуля никогда не удаётся, поскольку в экспериментальную установку всегда проникает какая-либо паразитная энергия.
Бременским учёным удалось побить рекорд, сбросив установку с верхушки башни. В установке изначально находилось облако из 100 000 атомов рубидия, удерживаемых сильным магнитным полем. При сильном охлаждении облако переходит в одно из агрегатных состояний вещества, известных, как конденсат Бозе-Эйнштейна. В таком состоянии большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне.
Подобный процесс часто используется в экспериментах с понижением температуры, и позволяет достигать показателя в 2 миллиардных доли градуса выше абсолютного нуля. Чтобы побить рекорд, команда сбросила установку с находящейся на территории университета 120-метровой башни. В полёте магнитное поле в установке быстро выключалось и включалось. После исчезновения магнитного поля атомы начинают расползаться в разные стороны, но при включении снова стремятся занять первоначальное положение. В итоге команда обнаружила, что колебания атомов почти полностью прекратились во время падения из-за быстрого переключения магнитного поля.
Ограниченные высотой башни, учёные смогли поддерживать подобную рекордно низкую температуру в течение всего двух секунд. Компьютерные симуляции показывают, что с использованием текущих технологий подобную температуру в принципе можно поддерживать около 17 секунд. Этого можно будет добиться, например, на МКС.
