Boseho–Einsteinův kondenzát ve volném pádu prorazil rekordně nízkou teplotu  
Vezměte Boseho–Einsteinův kondenzát ze 100 tisíc atomů rubidia. Šoupněte ho do magnetické pasti ve vakuové komoře. Pak to všechno vyneste na vrchol výzkumné věže Fallturm Bremen a hoďte to dolů. Během volného pádu opakovaně vypínejte a zase zapínejte magnetickou past. Vaší odměnou bude rekordně nízká teplota 38 pikokelvinů.
Fallturm Bremen. Kredit: Bin im Garten / Wikimedia Commons.
Fallturm Bremen. Kredit: Bin im Garten / Wikimedia Commons.

Teplota mínus 273,15 °C, čili absolutní nula, nejnižší možná teplota na termodynamické škále, představuje stav, v němž neexistuje vůbec žádné teplo. Atomy absolutně ustrnou v pohybu. Je to ale teoretická hranice, protože, pokud víme, atomům není možné odebrat veškerou kinetickou energii.

 

Vědci to podle všeho respektují. Zároveň se ale zuby nehty snaží absolutně nízké teplotě přiblížit, co to jenom jde. A už se jim v tomto směru povedly podivuhodné věci. Před pár lety tým amerického Harvardu prostudoval nejchladnější chemickou reakci, jakou jsme kdy měřili, o teplotě 500 nanokelvinů. A na palubě ISS už několik let pracuje pozoruhodná Cold Atom Lab, v níž se experimentuje při teplotě 100 nanokelvinů.

 

Logo. Kredit: Universität Bremen.
Logo. Kredit: Universität Bremen.

Tyto velmi slušně nízké teploty si teď ale namazali na chleba němečtí vědci týmu projektu QUANTUS 2 z Universität Bremen, kteří ve svém podivuhodném experimentu dosáhli teploty neuvěřitelných 38 pikokelvinů, čili 38 biliontin kelvinu.

 

Tým projektu QUANTUS 2 v dobré náladě. Kredit: Universität Bremen.
Tým projektu QUANTUS 2 v dobré náladě. Kredit: Universität Bremen.

Jak to dokázali? Nejprve vytvořili oblak asi 100 tisíc atomů rubidia, který byl polapený v magnetickém poli, uvnitř vakuové komory. Tento oblak poté zmrazili tak, že z něj vznikl populární Boseho–Einsteinův kondenzát, zvláštní skupenství hmoty v podobě kvantového plynu, jehož atomy se chovají, jako by to byl jediný atom. V Boseho–Einsteinově kondenzátu se projevují pro nás bizarní kvantové jevy na relativně velkém měřítku.

 

Tým QUANTUS 2 tím ale neskončil. Vzali Boseho–Einsteinův kondenzát a provedli s ním experiment na pozoruhodné 120 metrů vysoké věži Fallturm Bremen, která je součástí centra Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) na Universität Bremen. Vědci se tam baví tím, že všechno možné nechávají padat volným pádem a intenzivně to zkoumají. QUANTUS 2 tam shodil vakuovou komoru s Boseho–Einsteinovým kondenzátem. Během volného pádu badatelé opakovaně vypínali a zapínali magnetické pole, které obklopuje Boseho–Einsteinův kondenzát.

 

Když bylo magnetické pole vypnuté, Boseho–Einsteinův kondenzát se rozpínal. Po zapnutí magnetického pole se opět smršťoval. Tímto způsobem se vědcům podařilo omezit pohyby atomů BE kondenzátu natolik, že dosáhli rekordně nízké teploty. V experimentech se jim to povedlo na maximálně 2 sekundy. Simulace ukazují, že s tímto postupem by bylo možné takovou teplotu udržet až na 17 sekund, pokud by experimenty probíhaly v prostředí bez gravitace, například na palubě satelitu.

 

Video: The Bremen Drop Tower - What's inside?

 

Literatura

New Atlas 9. 9. 2021.

Physical Review Letters 127: 100401.

Datum: 11.09.2021
Tisk článku

Související články:

Jeden svět nestačí: Podivuhodný grafen míří do vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (18.12.2017)
Fyzika dobývá vesmír: Boseho–Einsteinův kondenzát vyroben za letu rakety     Autor: Stanislav Mihulka (20.10.2018)
Nejchladnější chemická reakce všech dob předvedla ultrapomalé pohyby molekul     Autor: Stanislav Mihulka (03.12.2019)



Diskuze:

vibrace při absolutní nule

Florian Stanislav,2021-09-14 12:41:19

Článek : "Atomy absolutně ustrnou v pohybu. Je to ale teoretická hranice, protože, pokud víme, atomům není možné odebrat veškerou kinetickou energii."
https://www.svetenergie.cz/cz/fyzikalni-poradna?itemId=41
"Správně píšeš, že by se částice (je jedno, jestli elektrony či atomy) přestaly pohybovat. To ale nejde kvůli Heisenbergovým relacím neurčitosti, které vysvětlují, že není možné znát zároveň polohu a rychlost částice. Pokud bychom znali přesně rychlost (a nula je přesná hodnota), byla by částice všude kolem nás. To také nejde, takže je zde druhý důvod, proč elektrony nebudou padat do jádra.
Třetím důvodem je to, že elektrony nejsou v libovolné vzdálenosti od jádra, ale pohybují se v přesně daných hladinách (poloha elektronů je tzv. kvantována), takže nemohou "padat" k jádru. Navíc pro každou hladinu je dána konkrétní rychlost elektronu, takže jeho pohyb není nijak ovlivňován teplotou.
Pokusil jsem se vše vysvětlit z částicového hlediska, pokud bychom považovali atomy či elektrony za vlnění (což je oprávněné), bylo by vysvětlení nejspíše složitější a také by vedlo ke stejnému závěru"

https://fch.upol.cz/wp-content/uploads/2015/11/SAM_5_2015.pdf
"zahříváním molekul dochází k excitaci vyšších vibračních hladin molekuly, při nižších
teplotách jsou obsazovány nižší vibrační hladiny, při teplotě absolutní nuly (-273.15 °C =
0 K) je obsazena jen základní vibrační hladina"
https://vesmir.cz/cz/casopis/archiv-casopisu/1999/cislo-10/molekuly-magneticke-pasti.html
" Atomy či molekuly se zklidní pouze při teplotách blízkých absolutní nule (tj. –273,15 °C); například molekula dusíku se pohybuje rychlostí zdravého mravence (několik centimetrů za sekundu) až při teplotě jedné miliontiny stupně nad absolutní nulou (tj. 1 mikrokelvin). Kromě toho při nízkých teplotách částicové vlastnosti atomů či molekul přecházejí ve vlastnosti vlnové, atomy či molekuly se stávají vlnami. To jim propůjčuje charakter obvykle spojovaný s chováním světla. "

Můj názor : Při absolutní nule není zastaven pohyb, nelze však z něj už nic obdebrat, zůstávají vibrace dané hlavně kvantovými jevy.

Odpovědět

Prostě minaret v Brémách.

Josef Hrncirik,2021-09-13 17:44:14

Díval jsem se na video a nic mi to neříkalo.
Však to ani titulky nemělo.

Text v New Atlas 9.9.21
... "Few years ago, a Harvard team studied the coldest-ever chemical reaction at 500 nanoKelvin, or 500 millionths of a degree above absolute zero." ...

už byl skoro srozumitelný, ale je to již dostatečně šílené?

Odkaz: Physical Review Letters vypadal velmi nadějně, ale vstup do strašlivého horroru nebyl volný.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace