Új hidegvilágrekord

Az MIT (Massachusetts Institute of Technology, a Massachusettsi Műszaki Intézet) tudósai a valaha mért legalacsonyabb hőmérsékletre hűtötték le a nátriumgázt, mindössze félmillárdod fokkal az abszolút nulla fok fölé.

A szeptember 12-én bejelentett eredmény hatszorosan szárnyalja túl az előző rekordot, ráadásul a világon most először hűtöttek anyagot 1 nanokelvin alá.

"Egy nanokelvin alá menni egy kicsit olyan érzés, mint amikor először futja az ember négy perc alatt az egy mérföldet" - mondta a Nobel-díjas Wolfgang Ketterle, aki egyben a csapat egyik alapító tagja. "Az ultraalacsony hőmérsékletű gázok rendkívüli módon elősegíthetik a nagy pontosságú méréseket azáltal, hogy jobb atomórákat, illetve a forgás- és gravitáció-érzékelőket állíthatunk elő" - mondta said David E. Pritchard, az atomoptika és atom-interferenciamérés egyik úttörő személyisége.


Az anyag új halmazállapotát a sebességeloszlási adatok erősítik meg. A két jobb oldali ábrán az atomok a korábbi szabadon mozgás helyett makroszkópikus kvantumállapotban egyesülnek
A kutatók elképzelése szerint eddig ismeretlen jelenségek játszódnak le ilyen alacsony hőmérsékleten: milyen kölcsönhatásba lépnek a hideg atomok a felülettel, illetve hogyan mozognak, amikor kis csatornába vagy vékony rétegbe kényszerítik őket. Ezzel a gázok egy rendkívüli anyagállapotot, az úgynevezett kvantumfolyadék halmazállapotot veszik föl, így tulajdonságaik tanulmányozásával betekintést nyerhetünk az anyag alaptermészetébe. Abszolút nulla fokon (-273,16 Celsius-fokon) az atomok mozgása megszűnik, mivel a hűtés során összes energiájukat leadják. A hűtési módszerek javításával a tudósok egyre közelebb jutottak az abszolút nulla fokhoz. Szobahőmérsékeleten az atomok egy utasszállító gép sebességével mozognak, míg az új "csúcshőmérsékleten" egy perc alatt csupán 5 cm-t tesznek meg.

1995-ben Ketterle vezetésével a Coloradói Egyetem és az MIT egyik csoportja 1 mikrokelvin (azaz 1 milliomod Kelvin) alá hűtött gázokat, melynek során felfedezték az anyag új halmazállapotát, az ún. Bose-Einstein kondenzátumot, melyben a részecskék sűrű sorokban mozognak, nem pedig egymástól függetlenül, szabadon röpdösnek. A Bose-Einstein kondenzátum felfedezését 2001-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták, melyet Ketterle Eric Cornell-lel és Carl Wiemannal megosztva nyert el.

Azóta nagyon sok kutatócsoportnak sikerült nanokelvin nagyságrendű hőmérsékletetre gázokat hűteni; a legalacsonyabb hőmérséklet eddig 3 nanokelvin volt. Az MIT által beállított új rekord 500 pikokelvin, ennek a hatodrésze.


A szuperhideg atomokat mágnesek tartják fogva
Ilyen alacsony hőmérsékletű anyagot persze nem lehet edényben tartani, mert a falhoz tapadna. További problémát okoz, hogy nincs olyan tároló, amelyet ilyen alacsony hőmérsékletre le lehetne hűteni. Ezen okokból kifolyólag az atomokat mágnesek veszik körül, amelyek bezárva tartják a gázhalmazállapotú ködöt. "Egy közönséges tárolóedényben a részecskék visszapattannak az edény faláról. A mi edényünkben az atomokat a mágneses mező távol tartja a faltól" - mondja Aaron Leanhardt.

A szuperalacsony hőmérséklet eléréséhez az MIT kutatói az atomok bezárásának teljesen új módszerét fejlesztették ki, amelyet "gravitációs-mágneses csapdá"-nak hívnak. Ahogy a név is mutatja, a mágneses mező a gravitációs erőkkel összejátszva tartja egy helyben az atomokat.

"Nagyszerű érzés, hogy itt, az MIT-nél értük el az új hőmérsékelti rekordot, ahol a világ egyik ultraalacsony-hőmérsékleti kutatóközpontja is van" - mondta Dan Kleppner, az Ultrahideg Atomok Kutatóközpontjának igazgatója.