Cel mai rece gaz cuantic măsurat vreodată: 9,7 picokelvini, pe stația spațială chineză
Un gaz de atomi mai rece decât orice record anterior deschide drumul unor teste de fizică fundamentală imposibile pe Pământ. Stadiul este experiment de laborator, făcut la bordul stației Tiangong.
Cercetători din China au măsurat la bordul stației spațiale Tiangong cea mai joasă temperatură echivalentă raportată vreodată pentru un gaz cuantic: 9,7 picokelvini, cu o incertitudine între 7,0 și 12,9 picokelvini. Un picokelvin este a mia miliarda parte dintr-un kelvin. Rezultatul a fost publicat în revista Science, în lucrarea „Quantum gases below 10 picokelvin in space”, iar prima autoare indicată este Wei Xiong.
Potrivit Phys.org, valoarea este de aproximativ patru ori mai mică decât recordul anterior. Înaintea ei, cele mai joase temperaturi raportate erau de 38 de picokelvini, într-un experiment cu turn de cădere liberă, și de 52 de picokelvini, la Laboratorul de Atomi Reci al NASA de pe Stația Spațială Internațională.
Cum funcționează
Echipa a răcit circa 20.000 de atomi de rubidiu cu lasere, apoi prin răcire evaporativă, până au format un condensat Bose-Einstein într-o capcană optică. Un gradient de câmp magnetic a ajutat răcirea inițială. Apoi atomii au fost mutați într-o capcană mai largă, iar forța ei de confinare a fost slăbită treptat, ca norul de atomi să se extindă cu cât mai puțină energie. Expansiunea norului a fost măsurată în trei dimensiuni.
Microgravitația este esențială: pe Pământ, gravitația trage atomii în jos și limitează cât timp îi poți observa. Pe Tiangong, norul s-a putut extinde liber timp de 7 secunde, față de 2 secunde în turnul de cădere și 1 secundă în experimentele de pe ISS. Cu cât observi mai mult timp, cu atât poți măsura o energie mai mică, deci o temperatură mai joasă.
Ce urmează
Autorii văd mai multe direcții: simulări cuantice ale unor stări exotice ale materiei, cum sunt fazele Bose-glass, și construirea unui interferometru atomic Mach-Zehnder în spațiu, cu potențial de a testa cu precizie principii fundamentale precum echivalența dintre masa inerțială și cea gravitațională. Capcane cu volum reglabil ar putea crește numărul de atomi disponibili.
Limitări
Temperatura raportată este o valoare „echivalentă”, calculată din energia de expansiune a norului, fiindcă temperatura termodinamică obișnuită nu se poate măsura direct la astfel de sisteme. Intervalul de incertitudine este destul de larg, iar fereastra de observare, deși mai lungă decât înainte, rămâne finită. Rezultatul este fizică fundamentală: nu există o aplicație practică imediată.
Sursă: Phys.org / Science