Absolutní rekord na čínské stanici. Kredit: Xiaoji Zhou, Peking University.

Při extrémně nízkých teplotách se hmota chová velmi neobvykle. Je možné to fascinovaně pozorovat, ale také využít pro studium kvantové fyziky a nových skupenství hmoty. Čínští vědci nedávno dosáhli nového absolutního teplotního minima v experimentu na palubě čínské orbitální stanice Tiangong.

Při teplotách blízkých absolutní nule a vhodných podmínkách atomy vytvářejí Boseho-Einsteinův kondenzát (BEC), který se chová jako jediná kvantová vlna. Fyzici si toho velmi cení a rádi takové kondenzáty zkoumají. Jsou to všestranné platformy pro kvantové simulace. Čím chladnější atomy jsou, tím pomaleji se pohybují, což vědcům dovoluje provádět přesnější měření. To samozřejmě roztáčí spirálu experimentů, které usilují o dosažení stále nižších teplot.

Cold Atom Physics Rack na palubě stanice Tiangong. Kredit: Peking University.

Dosáhnout extrémně nízkých teplot v blízkosti absolutní nuly ale není úplně snadné. Problém je i gravitace, která způsobuje klesání atomů polapených v pasti experimentu.

K potlačení vlivu gravitace se využívá magnetická levitace, která ale zase nutí atomy zaujmout stejný vnitřní spinový stav, což je problém. Slibnější jsou optické pasti s laserovými paprsky, ale zatím to příliš nefungovalo.

Stanice Tiangong (grafika z roku 2022). Kredit: Shujianyang, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Dosavadní rekord v minimální teplotě padl díky německé pádové věži (drop tower) Fallturm Bremen, kde proběhl experiment v podmínkách volného pádu, jak jsme tehdy psali na OSLU. Výsledná teplota tehdy činila 38 pikokelvinů, tedy nepatrný zlomek kelvinu. Další experiment na Mezinárodní vesmírné stanici v zařízení Cold Atom Laboratory dosáhl teploty 52 pikokelvinů.

Vědci v těchto experimentech používají ekvivalentní teplotu (equivalent temperature), která popisuje energii rozpínání kondenzátu a rychlost jeho částic. Běžná termodynamická teplota není pro tento typ experimentů prakticky použitelná.

V novém výzkumu vědci využili optické dipólové pasti (ODT), které pomocí zaostřených laserových paprsků udržují na místě neutrální atomy a mikroskopické částice. Velkou výhodou orbitálního experimentu přitom je, že je možné využít mikrogravitaci bez šibeničního časového omezení pádových věží.

Čínští vědci nejprve ochladili cca 20 000 atomů rubidia pomocí laserového chlazení a následného výparného chlazení. Tím vytvořili kondenzát v optické dipólové pasti. Následně přemístili atomy do širší optické pasti a postupně oslabili její sevření, aby snížili energii rozpínání oblaku. Pak měřili jeho rozpínání ve třech rozměrech. Naměřená ekvivalentní teplota dosáhla střední hodnoty pouhých 9,7 pikokelvinu, což je čtyřikrát méně než dosavadní rekord. Pro srovnání, je to asi 280 miliardkrát méně, než je teplota prázdného vesmíru neboli vlastně teplota kosmického mikrovlnného pozadí, která činí asi 2,7 kelvinů.

Video: Nine Point Seven Picokelvins: The Coldest Atoms, on China's Space Station

Literatura

Phys.org 6. 11. 2026.

Science online 5. 11. 2026.