Самое холодное вещество в природе. Что это и для чего используется?

Сперва можно подумать, что самые холодные объекты на Земле находятся где-то на Северном полюсе или на вершинах гор. Все гораздо проще: самые холодные вещества создаются в лабораториях.

Ученые разрабатывают соединения, температура которых близка к абсолютному нулю – минимально возможному пределу температуры, который равняется -273.15 градусам Цельсия. Это в 395 миллионов раз холоднее, чем в вашем холодильнике, в 100 миллионов раз холоднее жидкого азота и в 4 миллиона раз холоднее, чем в температура космоса.

Обычно, если нам нужно что-то остудить, мы оставляем это на время в холодильнике. Для научных экспериментов недостаточно даже температуры космоса, поэтому используются специальные лазеры, позволяющие замедлить частицы вещества. Ведь, как мы помним со школы, температура определяется скоростью движения атомов.

В большинстве случаев энергия лазерного луча нагревает объекты, но импульс пучка также может задерживать атомы. Для этого используется так называемая магнито-оптическая ловушка. Атомы, находясь в вакуумной камере, направляют в ее центр с помощью магнитного поля. Лазерный луч, направленный в центр камеры, настраивают на нужную частоту, а движущиеся атомы поглощают фотон этого луча и замедляются. Это происходит из-за передачи импульса между атомом и фотоном. В центре камеры частицы замедляются, и этот эффект называется оптической массой. Так, можно охладить вещество до нескольких микрокельвинов, как раз около -273 градусов по Цельсию.

Этот метод был разработан в 80-х годах, и в 1997 году за него Нобелевскую премию получили Стивен Чу, Уильям Филипс (США) и Клод Коэн-Таннуджи (Франция). С тех пор эта технология была улучшена для еще большего понижения температуры.

С помощью этого метода можно создавать высокочувствительные устройства для обнаружения нефти и других полезных ископаемых. Дело в том, что холодные атомы из-за их небольшой энергии становятся очень чувствительными к колебаниям в окружающей среде. Также с их помощью можно создавать высокоточные атомные часы, которые используются в глобальных спутниках позиционирования. Не стоит забывать и о том, что холодные атомы позволяют лучше понять границы физики: за счет все той же чувствительности они могут применяться для обнаружения гравитационных волн в будущих космических детекторах и при изучении атомных и субатомных явлений.

Так, замедление атомов уже позволило ученым изучить состояние вещества, называемое бозе-эйнштейновским конденсатом, при которым атомы охлаждаются почти до абсолютного нуля и переходят в новое агрегатное состояние.

Источник: TED