Πίστωση εικόνας: NASA/JPL
Ερευνητές από τη NASA και το MIT έχουν ψύξει το αέριο νάτριο στη χαμηλότερη θερμοκρασία που έχει καταγραφεί ποτέ - μισό δισεκατομμυριοστό βαθμό πάνω από το απόλυτο μηδέν. Σε απόλυτο μηδέν θερμοκρασία (-273 βαθμοί Κελσίου), κάθε μοριακή κίνηση θα σταματούσε εντελώς, καθώς η διαδικασία ψύξης έχει εξάγει όλη την ενέργεια από το υλικό. Το αέριο έπρεπε να περιοριστεί σε ένα μαγνητικό πεδίο. διαφορετικά θα κολλούσε στα τοιχώματα του δοχείου και θα ήταν αδύνατο να κρυώσει. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια παρόμοια μεθοδολογία που οδήγησε στο βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2001 με την ανακάλυψη των συμπυκνωμάτων Bose-Einstein (όπου τα μόρια κινούνται μαζί με ομαλό τρόπο σε χαμηλές θερμοκρασίες).
Ερευνητές που χρηματοδοτούνται από τη NASA στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), στο Κέμπριτζ της Μασαχουσέτης, έχουν ψύξει το αέριο νατρίου στη χαμηλότερη θερμοκρασία που έχει καταγραφεί ποτέ, μισό δισεκατομμυριοστό βαθμό πάνω από το απόλυτο μηδέν. Αυτό απόλυτη θερμοκρασία είναι το σημείο όπου δεν είναι δυνατή η περαιτέρω ψύξη.
Αυτή η νέα θερμοκρασία είναι έξι φορές χαμηλότερη από το προηγούμενο ρεκόρ και σηματοδοτεί την πρώτη φορά που ένα αέριο ψύχθηκε κάτω από ένα νανοκέλβιν (ένα δισεκατομμυριοστό του βαθμού). Στο απόλυτο μηδέν (-273; Κελσίου ή -460; Φαρενάιτ), κάθε κίνηση σταματά, εκτός από τις μικροσκοπικές ατομικές δονήσεις, αφού η διαδικασία ψύξης έχει εξάγει όλη την ενέργεια από τα σωματίδια.
Βελτιώνοντας τις μεθόδους ψύξης, οι επιστήμονες κατάφεραν να πλησιάσουν στο απόλυτο μηδέν. «Το να πάτε κάτω από ένα νανοκέλβιν είναι σαν να τρέχετε ένα μίλι κάτω από τέσσερα λεπτά για πρώτη φορά», είπε ο Δρ Βόλφγκανγκ Κέτερλε, καθηγητής φυσικής στο MIT και συνεπικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.
«Τα αέρια εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε τεράστιες βελτιώσεις στις μετρήσεις ακριβείας επιτρέποντας καλύτερα ατομικά ρολόγια και αισθητήρες για τη βαρύτητα και την περιστροφή», δήλωσε ο Δρ David E. Pritchard, καθηγητής φυσικής στο MIT, πρωτοπόρος στην ατομική οπτική, την ατομική συμβολομετρία και αρχηγός της ομάδας.
Το 1995, μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Boulder, Colo., και μια ομάδα MIT με επικεφαλής τον Ketterle, ψύξαν τα ατομικά αέρια κάτω από το ένα microkelvin (ένα εκατομμυριοστό βαθμό πάνω από το απόλυτο μηδέν). Με αυτόν τον τρόπο, ανακάλυψαν μια νέα μορφή ύλης, το συμπύκνωμα Bose-Einstein, όπου τα σωματίδια βαδίζουν με ταχείς ρυθμούς αντί να πετούν γύρω γύρω ανεξάρτητα. Η ανακάλυψη αναγνωρίστηκε με το Νόμπελ Φυσικής του 2001, το οποίο ο Ketterle μοιράστηκε με τους συναδέλφους του Boulder Dr. Eric Cornell και Carl Wieman.
Από την ανακάλυψη του 1995, πολλές ομάδες έχουν φθάσει συνήθως σε θερμοκρασίες νανοκέλβιν. με τρία νανοκέλβιν ως τη χαμηλότερη θερμοκρασία που έχει καταγραφεί. Το νέο ρεκόρ που σημείωσε ο όμιλος MIT είναι 500 picokelvin ή έξι φορές χαμηλότερο.
Σε τόσο χαμηλές θερμοκρασίες, τα άτομα δεν μπορούν να διατηρηθούν σε φυσικά δοχεία, γιατί θα κολλούσαν στα τοιχώματα. Επίσης, κανένα γνωστό δοχείο δεν μπορεί να ψυχθεί σε τέτοιες θερμοκρασίες. Για να παρακάμψουν αυτό το πρόβλημα, μαγνήτες περιβάλλουν τα άτομα, γεγονός που κρατά το αέριο νέφος περιορισμένο χωρίς να το αγγίξει. Για να φτάσουν τις χαμηλές θερμοκρασίες ρεκόρ, οι ερευνητές επινόησαν έναν νέο τρόπο περιορισμού των ατόμων, τον οποίο αποκαλούν «βαρυτομαγνητική παγίδα». Τα μαγνητικά πεδία έδρασαν μαζί με τις βαρυτικές δυνάμεις για να κρατήσουν τα άτομα παγιδευμένα.
Όλοι οι ερευνητές συνδέονται με το τμήμα φυσικής του MIT, το Ερευνητικό Εργαστήριο Ηλεκτρονικής και το Κέντρο ΜΙΤ-Χάρβαρντ για υπερψυχρά άτομα, που χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών. Οι Ketterle, Leanhardt και Pritchard συνέγραψαν το χαρτί χαμηλής θερμοκρασίας, το οποίο είχε προγραμματιστεί να εμφανιστεί στο τεύχος του Science στις 12 Σεπτεμβρίου. Η NASA, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το Γραφείο Ναυτικών Ερευνών και το Γραφείο Ερευνών του Στρατού χρηματοδότησαν την έρευνα.
Ο Ketterle διεξάγει έρευνα στο πλαίσιο του Ερευνητικού Προγράμματος της NASA για τη Θεμελιώδη Φυσική στις Φυσικές Επιστήμες, μέρος του Γραφείου Βιολογικής και Φυσικής Έρευνας του οργανισμού στην Ουάσιγκτον. Το Εργαστήριο Jet Propulsion Laboratory της NASA, Pasadena, Καλιφόρνια, τμήμα του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, Pasadena, διαχειρίζεται το πρόγραμμα Θεμελιώδης Φυσική.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων της NASA