Китайски учени охладиха атоми до рекордно ниска температура в космоса
Китайски учени постигнаха нов рекорд в изследването на свръхниските температури. Екипът успя да охлади облак от около 20 000 атома рубидий до еквивалентна температура от 9,7 трилионни от градуса над абсолютната нула. Експериментът е проведен на борда на китайската космическа станция „Тянгун“, където микрогравитацията позволява на учените да наблюдават поведението на атомите много по-продължително, отколкото е възможно на Земята.
Постижението е приблизително четири пъти по-добро от предишния рекорд от 38 пикокелвина, поставен през 2021 г. от германски изследователи с помощта на експериментална кула за свободно падане в университета в Бремен.
Абсолютната нула е най-ниската теоретично възможна температура. Тя съответства на минус 273,15 градуса по Целзий. При приближаването към нея топлинното движение на частиците става изключително слабо. Пълното достигане на тази граница обаче е физически невъзможно.
Изследването е публикувано в научното списание Science на 5 ноември 2026 г. В него участват специалисти от Пекинския университет, Шанхайския институт по оптика и фина механика и Китайската академия на науките.
Експериментът използва особеното състояние на материята, известно като кондензат на Бозе-Айнщайн. То се получава, когато група атоми бъде охладена до изключително ниска температура. Тогава множество частици заемат едно и също квантово състояние и започват да се държат като единна материя вълна.
Това позволява на физиците да изследват квантови явления в мащаб, който иначе би бил достъпен само на ниво отделни частици.
Подобни експерименти не са новост. Още през 1995 г. учени от Националния институт за стандарти и технологии на САЩ и Университета на Колорадо създават първия кондензат на Бозе-Айнщайн с охладени атоми рубидий. Тогава постигнатата температура е около 20 милиардни от градуса над абсолютната нула.
През 2003 г. екип от Масачузетския технологичен институт успява да охлади натрий до 450 пикокелвина. През 2021 г. германски учени постигат 38 пикокелвина при експеримент в условия на свободно падане.
Космосът обаче предлага съществено предимство. На Земята гравитацията кара облаците от ултрастудени атоми да се спускат и деформират. Това ограничава времето, през което могат да бъдат наблюдавани след освобождаването им от специалните капани.
На борда на „Тянгун“ учените използват лазерни лъчи, които създават оптичен капан за атомите. За разлика от традиционните магнитни капани, тази технология позволява задържане на частиците без съществено влияние върху техния магнитен спин.
Изследователите първо използват лазерно и изпарително охлаждане. При последния метод най-енергичните атоми се отстраняват от системата, което понижава средната енергия на останалите.
След създаването на кондензата учените прехвърлят атомите в по-широк оптичен капан. Постепенно намаляват силата му, за да позволят на облака да се разшири контролирано. След освобождаването му движенията на атомите са проследени от две различни посоки. Измерванията показват, че еквивалентната температура е между 7 и 12,9 пикокелвина, със средна оценка от 9,7 пикокелвина.
Тук има важно уточнение. Учените не измерват температурата с традиционен термометър. Стойността е изчислена въз основа на кинетичната енергия и скоростта, с която облакът от атоми се разширява. Тя описва състоянието на самия атомен облак, а не температурата на оборудването или на космическата станция.
Едно от най-важните постижения е времето за наблюдение. В условията на микрогравитация атомите могат да се разширяват свободно в продължение на седем секунди. При предишния рекорд от 2021 г. учените са разполагали с около две секунди. Тази разлика има значение за бъдещите изследвания. По-дългото време за наблюдение позволява на физиците да проследяват по-прецизно поведението на квантовата материя.
Една от потенциалните области на приложение са атомните интерферометри. Тези устройства използват материята вълна на атомите, като разделят и впоследствие събират различни нейни компоненти. Така могат да бъдат регистрирани изключително малки разлики в движението и гравитационното въздействие.
Технологията може да помогне за проверка на принципа на еквивалентността, според който различните тела падат по един и същи начин под въздействието на гравитацията независимо от своята маса и състав. Това е един от основните принципи в общата теория на относителността на Алберт Айнщайн.
Другата възможност е използването на подобни експерименти за създаване на квантови симулатори. С помощта на прецизно контролирани лазерни полета учените могат да изследват необичайни състояния на материята и взаимодействия между множество квантови частици. Постижението на китайския екип не означава, че абсолютната нула вече е по-близо до достигане в практически смисъл. То обаче показва, че космическите лаборатории могат да осигурят условия за изследване на материята, които трудно могат да бъдат възпроизведени на Земята.
Ако вярвате в правото си на обективна информация, подкрепете ни.
Вашето дарение от всякакъв размер и по всяко време означава много за нас.
Скъпи читатели,
Днес, повече от всякога, независимата журналистика има нужда от вас.
В мисията си да предоставяме обективни, достоверни и навременни новини разчитаме на вашата подкрепа.
Ако вярвате в правото си на обективна информация, подкрепете ни.
Ако вярвате в правото си на обективна информация, подкрепете ни.
Вашето дарение от всякакъв размер и по всяко време означава много за нас.
Скъпи читатели,
Днес, повече от всякога, независимата журналистика има нужда от вас.
В мисията си да предоставяме обективни, достоверни и навременни новини разчитаме на вашата подкрепа.
Ако вярвате в правото си на обективна информация, подкрепете ни.
Post Comment