Найхолодніша річ у світі
Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.
Найхолодніші речовини містяться не в Антарктиді.
Нема їх і на вершині Евересту чи всередині льодовиків.
Вони — у фізичних лабораторіях.
Це гази, що мають температуру ледь вище абсолютного нуля.
Вони в 395 мільйонів разів холодніші, ніж продукти в холодильнику, у 100 мільйонів разів холодніші, ніж рідкий азот, і в 4 мільйони разів холодніші, ніж космічний простір.
Такі низькі температури дозволяють ученим досліджувати речі на найдрібнішому масштабі, а інженерам — створювати надзвичайно чутливі інструменти, які дозволяють нам дізнаватися більше про все: від нашого точного місцезнаходження на планеті до того, що відбувається у віддалених регіонах Всесвіту.
Як ми досягаємо таких екстремальних температур?
Якщо коротко, то шляхом уповільнення рухомих частинок.
Коли ми говоримо про температуру, то фактично маємо на увазі рух.
Атоми, з яких складаються тверді речовини, рідини й гази, перебувають в постійному русі.
Коли атоми речовини рухаються швидко, то ми відчуваємо її гарячою, коли ж повільніше — то холодною.
У повсякденному житті для того, щоб охолодити тіло або газ, ми поміщаємо його в більш холодне середовище, наприклад в холодильник.
Енергія руху атомів передається у навколишнє середовище, і об'єкт охолоджується.
Але тут є межа: навіть глибокий космос занадто теплий для досягнення ультранизьких температур.
Тому вчені винайшли спосіб уповільнювати атоми безпосередньо — за допомогою лазерного випромінювання.
У більшості випадків енергія світла від лазера викликає нагрівання речовини, але існує надзвичайно точний спосіб, при якому ця енергія може зупиняти рухомі атоми, охолоджуючи речовину.
Саме це відбувається в пристрої під назвою магнітооптична пастка.
Атоми поміщаються у вакуумну камеру, де магнітне поле втримує їх у центрі.
Лазерні пучки, спрямовані в центр камери, мають таку частоту, при якій атом, що рухається назустріч випромінюванню, поглинає фотон і сповільнюється.
Ефект уповільнення відбувається через зміну імпульсу атома після поглинання і випромінювання фотона.
Шість взаємно перпендикулярних пучків світла забезпечують охоплення усіх атомів незалежно від напрямку їхнього руху.
У місці перетину пучків атоми рухаються дуже повільно, наче кульки у в'язкій рідині.
Учені, що винайшли цей ефект, назвали його «оптичною патокою».
Така магнітооптична пастка може охолоджувати атоми до всього лиш кількох мікрокельвінів — а це приблизно -273 (мінус двісті сімдесят три) градуси за Цельсієм.
Цей метод був розроблений в 1980-х (тисяча дев'ятсот вісімдесятих) роках, а вчені, що працювали над ним, отримали в 1997 (тисяча дев'ятсот дев'яносто сьомому) році Нобелівську премію з фізики.
Відтоді метод був удосконалений, і зараз дозволяє досягати ще нижчих температур.
Але ж навіщо охолоджувати атоми настільки сильно?
По-перше, нерухомі атоми можуть бути надзвичайно чутливими детекторами.
Маючи мізерну кількість енергії, вони дуже чутливі до змін в навколишньому середовищі, що дозволяє використовувати їх у приладах для пошуку покладів нафти й корисних копалин.
Лазерне охолодження використовують для підвищення точності атомних годинників, таких, як в супутниках GPS.
По-друге, "холодні" атоми мають величезний потенціал для передових досліджень у фізиці.
Їхня надвисока чутливість робить їх претендентами на застосування в майбутніх космічних детекторах гравітаційних хвиль.
Вони також допомагають вивчати атомні й субатомні явища, що вимагає вимірювання неймовірно малих коливань енергії атомів.
Ці коливання неможливо виявити при звичайній температурі, коли атоми рухаються зі швидкостями сотні метрів на секунду.
Лазерне охолодження зменшує швидкість атомів до кількох сантиметрів на секунду, чого достатньо, аби рух, зумовлений квантовими ефектами, став помітним.
"Ультрахолодні" атоми вже дозволили вченим вивчати такі феномени як конденсат Бозе-Ейнштейна, в якому атоми, охолоджені майже до абсолютного нуля, переходять в новий рідкісний стан речовини.
Тож, дослідникам, що прагнуть зрозуміти закони фізики й розкрити таємниці Всесвіту,
знадобляться "найхолодніші" атоми у Всесвіті.
