Mokslininkams pavyko pasiekti temperatūra, žemesnę už absoliutų nulį

Mokslininkams pavyko
pasiekti temperatūrą,
žemesnę už absoliutųjį nulį

Fizikams pirmą kartą
istorijoje pavyko sukurti
kvantines dujas, kurių
temperatūra yra žemesnė
nei absoliutusis nulis –
teoriškai žemiausia
įmanoma temperatūra,
kurioje sustoja bet koks
šiluminis atomų ir
molekulių judėjimas bei
nutrūksta šiluminis
spinduliavimas, skelbia
„Nature“.
Absoliutusis nulis yra -273,15
laipsnio pagal Celsijų, arba 0
laipsnių Kelvino skalėje.
Anksčiau buvo manoma, kad
šaltesnės už absoliutųjį nulį
medžiagos egzistuoti negali,
tačiau apie 1950-uosius
fizikams pavyko išsiaiškinti,
kad tai galioja ne visais
atvejais ir teoriškai galima
sukurti medžiagas, kurių
temperatūra būtų dar
žemesnė.
Absoliuti dujų temperatūra
yra susijusi su vidutine jų
dalelių energija, o absoliučiu
nuliu laikoma būsena,
kuomet šios dalelės visiškai
neturi energijos. Techniškai
nustatant absoliučią
temperatūrą laikoma, kad
dauguma dalelių turi vidutinę
tos sistemos energiją ir tik
keletas „judresnių“ dalelių
turi didesnę energiją. Tačiau
jei paaiškėtų, kad didesnė
dalis sistemos dalelių turi
didesnę energiją, o kelios
dalelės yra mažesnės
energijos, tuomet vertinimo
skalė apsiverstų ir
temperatūros ženklas
pasikeistų į neigiamą
absoliučią temperatūrą.
Dabar mokslininkams pavyko
tai įrodyti praktiškai. Ludwigo
Maximiliano universiteto
(Vokietija) fizikas Ulrichas
Schneideris su kolegomis
sugebėjo pasiekti žemesnę
nei absoliutusis nulis
temperatūrą naudojant ypač
šaltas kvantines dujas, kurias
sudaro kalio atomai.
Naudodami lazerius ir
magnetinius laukus jie išlaikė
pavienius atomus tinklelio
struktūroje. Esant teigiamai
temperatūrai atomai vieni
kitus stūmė, todėl struktūra
buvo stabili. Staiga pakeitus
magnetinius laukus atomai
pradėjo vieni kitus traukti.
„Tokiu būdu atomai staiga
pasikeitė iš stabiliausios,
žemiausios energijos
būsenos į didžiausios
įmanomos energijos būseną,
prieš pradėdami vieni su
kitais reaguoti. Tai tarsi eiti
slėniu ir staiga atsidurti kalno
viršūnėje“, – sako
U.Schneideris.
Esant teigiamai temperatūrai
toks apsivertimas būtų
nestabilus ir atomai
„sugriūtų“. Tačiau fizikai taip
pat pakoregavo atomus
„įkalinusio“ lazerio lauką,
sukurdami palankesnes
sąlygas atomams išlikti
esamose pozicijose. Tokiu
būdu dujų temperatūra
nukrito žemiau absoliučiojo
nulio (tiesa, vos keliomis
milijardosiomis Kelvino
dalimis).
Fizikas, Nobelio premijos
laureatas Wolfgangas Ketterle
žavėjosi kolegų pasiekimu.
„Tai tarsi pastatyti piramidę
aukštyn kojomis
nesijaudinant, kad ji nuvirs“,
– sako W.Ketterle.
Naujasis mokslininkų
pasiekimas gali padėti
ateityje sukurti naujas
medžiagų formas ir
kvantinius įrenginius bei gali
padėti išspręsti kosmoso
mįsles.
Pavyzdžiui, panaudojant šią
technologiją galima sukurti
fizikos dėsniams
nepaklūstančias medžiagas.
Tarkime, jei įprastu atveju
atomų debesį veikia trauka,
tai pakeitus dalies atomų
temperatūrą žemiau
absoliučiojo nulio jie pradėtų
judėti į viršų, nepaklusdami
traukai.
Be to, dujos, kurių
temperatūra yra žemesnė nei
absoliutusis nulis, primena
„tamsiąją energiją“ –
paslaptingą jėgą, kuri verčia
visatą plėstis. U.Schneideris
pastebi, kad jų sukurtų dujų
atomai taip pat norėjo
„sugriūti“ į vidų, tačiau taip
nenutiko, nes juos stabilizavo
žemesnė nei absoliutusis
nulis temperatūra.