Një re atomesh është sjellë shumë pranë zeros absolute në një eksperiment të fundit hapësinor, duke thyer rekordin e mëparshëm në përpjekje për të arritur temperaturat më të ulëta të mundshme.
Duke lundruar qindra milje mbi sipërfaqen e Tokës në stacionin hapësinor Tiangong të Kinës, studiuesit arritën të nxisin rreth 20,000 atome rubidiumi që të zgjerohen me një energji ekuivalente me vetëm 9.7 trilionta të shkallës mbi zeron absolute – katër herë më ulët se rekordi prej 38 pikokelvinësh i vendosur nga studiuesit në vitin 2021.
Zgjerimi i resë u gjurmua gjithashtu për një kohë shumë më të gjatë se në eksperimentet e mëparshme, duke u ofruar studiuesve të ardhshëm një hapësirë më të gjerë kohore për të eksploruar fizikën në temperatura kaq jashtëzakonisht të ulëta.
Gara drejt kufirit të fundit të termodinamikës ka ndryshuar fizikën prej dekadash. Në qershor të vitit 1995, një bashkëpunim midis Institutit Kombëtar të Standardeve dhe Teknologjisë të SHBA-së dhe Universitetit të Kolorados në Boulder ftohu rubidiumin në 20 miliardta të shkallës mbi temperaturën teorike bazë të zeros absolute, duke larguar mjaftueshëm energji termike nga atomet për të krijuar një gjendje krejtësisht të re të materies, të njohur si kondensata Bose-Einstein.
Në temperatura mjaft të ulëta, atome të shumta zënë të njëjtën gjendje kuantike, duke u shndërruar efektivisht në një valë të vetme materieje. Fenomenet që zakonisht do të vëzhgoheshin vetëm te grimcat individuale mund të bëhen të aksesueshme në një shkallë shumë më të gjerë.
Sot, kondensatat Bose-Einstein janë një mjet standard në fizikë. Megjithatë, kërkimi për temperatura gjithnjë e më të ulëta dhe mënyra të reja për të manipuluar këtë formë unike të materies vazhdon. Deri në vitin 2003, një ekip i udhëhequr nga MIT kishte ftohur natriumin në vetëm 450 pikokelvin duke përdorur një kurth magnetik, duke dobësuar kufizimin e tij dhe duke lejuar atomet më energjike të largohen, duke marrë me vete nxehtësinë.
Sado efikase që të jetë kjo metodë për uljen e temperaturës mesatare të një gazi, kurthet magnetike ndikojnë në një veti të atomeve të bllokuara të njohur si “spin”. Gjetja e mënyrave për të liruar më tej kontrollin mbi tufën atomike mund t’u lejojë fizikantëve të rregullojnë fushën magnetike për të reduktuar këtë ndikim, duke arritur njëkohësisht temperatura edhe më të ulëta.
Në vitin 2021, studiuesit përdorën rënien e lirë për të kundërshtuar gravitetin, duke arritur një temperaturë efektive prej vetëm 38 pikokelvinësh. Duke përdorur një kullë rënieje në Universitetin e Bremenit në Gjermani, ekipi e bëri rubidiumin të pashpeshtë për aq kohë sa një thjerrëz magnetike ta detyronte atë të zgjerohej dhe të ftohej.
Orbita ofron një version më të gjatë të kësaj mundësie. Duke përdorur rreze lazer që kryqëzohen, ekipi pas këtij rekordi të fundit i mbajti atomet në një kurth optik dipol. Për ndryshim nga kurthet magnetike, këto kafaze i kufizojnë atomet në një gjendje që është magnetikisht e pandjeshme.
Duke përdorur një kombinim lazerësh për të frenuar atomet që lëvizin shpejt dhe ftohjen avulluese, ekipi prodhoi një kondensatë.
Nuk ishte i pari i këtij lloji në orbitë (ky arritje u shënua në Stacionin Ndërkombëtar të Hapësirës në vitin 2020). Por ajo që pasoi ishte një risi.
Një gradient i lehtë në një fushë magnetike të aplikuar u përdor për të nxjerrë atomet që lëviznin edhe më shpejt. Më pas, ekipi transferoi atomet e mbetura “të ngadalta” në një kurth të dytë optik, më të gjerë, dhe zvogëloi forcën e tij, duke lehtësuar kufizimin e reve përpara se t’i lironte ato.
Në sipërfaqen e Tokës, graviteti do t’i tërhiqte atomet larg. Në rënien e lirë orbitale, studiuesit mundën ta relaksonin atë kufizim shumë më tepër. Imazhet e marra nga dy drejtime zbuluan se sa shpejt u përhap reja përgjatë tre akseve, duke siguruar matje që sugjeronin se temperatura kishte rënë diku midis 7.0 dhe 12.9 pikokelvin.
Duhet theksuar se ky numër jashtëzakonisht i ulët është një vlerësim i bazuar në energjinë që lidhet me zgjerimin e resë, e jo një lexim i një termometri konvencional.
Megjithatë, ai zgjerim i ngadaltë ka rëndësi. Një re që përhapet më butësisht u jep fizikantëve më shumë kohë për të hetuar sjelljen e saj kuantike përpara se ajo të bëhet shumë e shpërndarë për t’u përdorur. Në këtë rast, plot shtatë sekonda.
Së bashku, temperatura më e ulët dhe vëzhgimi më i gjatë mund të sjellin përfitime për eksperimentet që përdorin interferometra, të cilët ndajnë dhe ribashkojnë valët e materies për të zbuluar ndryshime të vogla në rrugët e tyre.
Instrumente të tilla mund të testojnë nëse atome të ndryshme bien në mënyrë identike, gjë që mund të ofrojë mënyra të reja për të testuar relativitetin e përgjithshëm. Fushat lazer të modeluara me kujdes mund ta shndërrojnë gjithashtu platformën në një simulator për gjendje të pazakonta kuantike.
Hulumtimet mbi materien e ftohtë duket se po intensifikohen. Ndërsa arritja e zeros absolute është një pamundësi matematikore, kjo metodë e re mund të zgjerojë atë që mund të mësojmë duke e sjellë materien në një ndalesë virtuale.
Ky hulumtim u publikua në Science.
Burimi: Phys.org
Burimi: newatlas.com
