Вселената настанала пред приближно 13,8 милијарди години, во состојба толку жешка и густа што нејзиното преостанато зрачење сè уште е присутно во секое нејзино катче.
Просечната позадинска температура на вселената изнесува околу 2,7 келвини – што е еднакво на -270,45 степени Целзиусови или -454,81 степени Фаренхајтови.
Научниците сега создадоа состојба со еквивалентна температура која е 280 милијарди пати пониска, со што го срушија претходниот рекорд во обидот да достигнат температури што е можно поблиски до апсолутната нула.
На кинеската вселенска станица Тиангонг, која моментално се наоѓа во орбитата околу Земјата, физичарите постигнаа рекордно ниска еквивалентна температура од само 9,7 пикокелвини – најниската еквивалентна температура некогаш измерена, според истражувачите во труд објавен во списанието Science.
Апсолутната нула – или нула келвини – претставува теоретска долна граница за температурата во вселената. На оваа точка топлинската енергија не може повеќе да се намалува. Тоа е слично на брзината на светлината: фундаментална граница која законите на физиката едноставно не можат да ја надминат.
Сепак, за разлика од брзината на светлината, апсолутната нула е невозможно да се достигне. Колку повеќе научниците се приближуваат до неа, толку потешко станува отстранувањето на преостанатата топлинска енергија; достигнувањето на самата граница би барало процес на ладење што никогаш не би можел да заврши.
Сепак, тоа не ги спречи физичарите да се обидуваат – а како што се приближуваат сè повеќе, материјата почнува да се однесува на сè понеобични начини. Еден од најдобрите примери е Бозе-Ајнштајновиот кондензат – егзотична состојба на материјата што се јавува кога одредени атоми се ладат до температури што се само дел од степенот над апсолутната нула.
Во овие екстремни услови атомите почнуваат да се однесуваат колективно; нивните поединечни квантни состојби се спојуваат во една кохерентна целина. Тие престануваат да дејствуваат како збир од одделни честички и наместо тоа функционираат речиси како еден масивен квантен објект.
Бидејќи квантните ефекти обично се најочигледни на атомско ниво, Бозе-Ајнштајновите кондензати им овозможуваат на научниците да го проучуваат квантното однесување во многу поголеми размери, наместо да се обидуваат да го набљудуваат кај поединечни атоми.
Сепак, создавањето на Бозе-Ајнштајнови кондензати не е ни малку лесна задача. Овде на Земјата, процесот се соочува со неизбежно ограничување – гравитацијата – што го прави ладењето на атомите до такви екстремни нивоа сè потешко.
Како резултат на тоа, истражувачите го пренесоа својот експеримент на место каде што гравитацијата би претставувала многу помал предизвик: во вселената.
Овој нов експеримент – предводен од физичарите Сјаоџи Џоу и Сјуѕонг Чен од Универзитетот во Пекинг, заедно со Веибијао Чен од Кинеската академија на науките – искористи средина со постојана микрогравитација за дополнително да ги помести границите на ладењето.
Како што направиле многумина пред нив, истражувачите започнаа со облак од атоми на рубидиум-87 – изотоп кој е особено погоден за ласерско ладење и создавање на Бозе-Ајнштајнови кондензати. Тие користеа ласери за да ги изладат атомите заробени во оптичка замка, сместена во уред наречен „Cold Atom Physics Rack“ (Систем за физика на ладни атоми). Потоа применија техника позната како испарувачко ладење, при што на најенергичните атоми им се овозможува да избегаат, оставајќи ги преостанатите атоми со помалку енергија.
На Земјата гравитацијата може да помогне во овој процес со тоа што ги оддалечува атомите кои ќе избегаат од замката. Во орбитата, каде што сè се наоѓа во состојба на постојан слободен пад, оваа помош ја нема.
Следствено, откако отпатуваа во вселената за да избегаат од гравитацијата, истражувачите мораа да најдат начин повторно да ја создадат.
Тие го постигнаа ова со примена на градиент на магнетно поле, кој го имитираше ефектот на гравитацијата врз атомите, овозможувајќи им на оние со најголема енергија поефикасно да избегаат.
Во таа фаза експериментот содржеше Бозе-Ајнштајнов кондензат составен од приближно 20.000 атоми на рубидиум, изладени до температура од само 3,1 нанокелвин.
Тие го префрлија кондензатот во втора, поширока замка создадена од ласерска светлина, а потоа постепено ја ослабеа замката, дозволувајќи му на облакот од атоми да се прошири и преку тоа ширење да ја намали својата енергија.
На крајот целосно ја исклучија замката и го набљудуваа облакот додека се распрснуваше. Тој се ширеше толку бавно што истражувачите можеа да ги детектираат атомите дури и седум секунди по нивното ослободување.
Атомите останаа видливи за детекција седум секунди по ослободувањето. Со мерење на брзината на ширење на облакот, тимот ја пресмета неговата еквивалентна температура: рекордни 9,7 пикокелвини. Поентата не е само да се постават рекорди за температура. Овој резултат носи и некои навистина интересни импликации за идните истражувања. Една особено ветувачка примена е атомската интерферометрија, која ги користи брановидните својства на атомите за мерење на исклучително мали промени во нивната околина.
Со повеќе време за набљудување на атомите, научниците би можеле да изградат почувствителни инструменти за тестирање на фундаменталната физика – вклучувајќи го и принципот на еквивалентност, концептот дека гравитацијата влијае на сите објекти подеднакво, без оглед на нивната маса или состав.
Способноста за производство на такви ултраладни квантни гасови во вселената би можела да им овозможи на истражувачите да истражуваат егзотични состојби на материјата кои се тешки за проучување на лаборатории на Земјата.
(Vidi.hr)
(фото: Pexels/Tom Fisk)
