Рекорд самой низкой искусственно созданной температуры 28.09.2021

Ученым-физикам из Германии удалось получить самую низкую температуру, зарегистрированную за все время существования науки, всего 38 пикокельвинов, 38 триллионных долей градуса выше точки абсолютного нуля. В проведенном ими эксперименте использовался процесс свободного падения облака квантового газа и включение-выключение магнитного поля для того, чтобы замедлить атомы газа практически до полной остановки их теплового движения.

Точка абсолютного нуля, -273.15 градуса Цельсия, является самой низкой температурой, которую можно получить согласно всем канонам термодинамики. При такой температуре полностью прекращается тепловое движение атомов и эти атомы перестают обладать какой-либо кинетической энергией, что должно приводить к появлению весьма странных эффектов. Однако, достижение точки абсолютного нуля и ниже на практике недостижимо из-за того, что физически невозможно отобрать у атомов абсолютно всю их кинетическую энергию.

Однако ученые постоянно пытаются приблизиться к точке абсолютного нуля, несколько лет назад ученые из Гарварда успешно провели "самую холодную" химическую реакцию при температуре в 500 нанокельвинов, 500 миллионных частях градуса выше абсолютного нуля. Несколько позже в лаборатории Cold Atom Lab на борту Международной космической станции были проведены эксперименты при температуре в 100 нанокельвинов.

Однако, упомянутые выше температуры достаточно высоки по сравнению с последним достижением немецких ученых. И для того, чтобы получить такую температуру ученые использовали облако, состоящее из 100 тысяч атомов рубидия, пойманных в магнитную ловушку внутри вакуумной камеры. Сначала облако атомов было охлаждено до температуры, при которой образовался так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна, все атомы которого имеют квантовую взаимосвязь. Благодаря этой взаимосвязи все облако конденсата ведет себя как один большой атом, что позволяет видеть проявление квантовых эффектов в макро-масштабе.

Конденсат Бозе-Эйнштейна был сформирован при температуре в две миллиардных части выше точки абсолютного нуля, но при этом он был еще недостаточно холодным. Эксперимент проводился в специальной башне Bremen Drop Tower, в которой установлена вакуумная камера с магнитными ловушками, высотой 120 метров, в которой производятся эксперименты, связанные со свободным падением. И во время того, как облако конденсата Бозе-Эйнштейна свободно падало под воздействием гравитации, ученые включали и выключали магнитное строго в заранее рассчитанные моменты времени.

Когда магнитное поле включалось, облако конденсата Бозе-Эйнштейна несколько сжималось. Когда же происходило выключение магнитного поля, облако конденсата расширялось. Моменты включения и выключения магнитного поля были синхронизированы таким образом, что оказываемое этим воздействие привело практически к полной остановке движения атомов конденсата, что означает эффективное понижение температуры.

Во время такого эксперимента ученым удалось достичь и удержать рекордно низкую температуру на протяжении 2 секунд. Однако, расчеты созданных математических моделей показали, что в космосе в условиях микрогравитации или невесомости на борту спутника, к примеру, такая температура может продержаться в течение 17 секунд, чего будет достаточно для проведения весьма сложных экспериментов.