Κβαντικό αέριο στον Κινεζικό Διαστημικό Σταθμό πλησίασε ακόμη περισσότερο το απόλυτο μηδέν

Το 2021 φυσικοί του Πανεπιστημίου της Βρέμης είχαν καταρρίψει τα προηγούμενα ρεκόρ χαμηλότερης θερμοκρασίας, καταγράφοντας στα πειράματά τους θερμοκρασία Τ=38 picokelvin, ή 38∙10^-12Κ. Κατάφεραν να δημιουργήσουν για λίγα δευτερόλεπτα ένα από τα «ψυχρότερα μέρη του σύμπαντος» στο Κέντρο Εφαρμοσμένης Διαστημικής Τεχνολογίας και Μικροβαρύτητας (ZARM) στο Πανεπιστήμιο της Βρέμης. Παρατήρησαν την διαστολή του υπέρψυχρου ατομικού νέφους για 2 δευτερόλεπτα, ενώ προσομοιώσεις έδειξαν ότι θα μπορούσε να διατηρηθεί για περίπου 17 δευτερόλεπτα σε ένα περιβάλλον με συνθήκες έλλειψης βαρύτητας, όπως ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός.

Στις 5 Νοεμβρίου 2026 δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science ένα άρθρο με τίτλο «Quantum gases below 10 picokelvin in space» των Wei Xiong et al, σύμφωνα με το οποίο επιτεύχθηκε νέο ρεκόρ χαμηλότερης θερμοκρασίας Τ=9,7 picokelvin, ή 9,7∙10^-12Κ. Η θερμοκρασία αυτή βρίσκεται ελάχιστα πάνω από το απόλυτο μηδέν (Τ=0 Κ ή θ=-273,15^ο Κελσίου).

Το νέο ρεκόρ χαμηλότερης θερμοκρασίας επετεύχθη στον Κινεζικό Διαστημικό Σταθμό Τιανγκόνγκ. Εκεί, οι Κινέζοι φυσικοί χρησιμοποίησαν παγίδες λέιζερ για να περιορίσουν 20.000 άτομα ρουβιδίου, να ελαττώσουν την κίνησή τους και να τα ψύξουν. Στον μικρόκοσμο, η θερμοκρασία είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την κίνηση: τα άτομα και τα μόρια στον αέρα γύρω μας κινούνται πιο αργά όταν κάνει κρύο.

Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, τα άτομα του ρουβιδίου μπορούν να παρουσιάσουν το εντυπωσιακό φαινόμενο της συμπύκνωσης Bose–Einstein: ένα μακροσκοπικό πλήθος σωματιδίων συγκεντρώνεται στη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Τα σωματίδια τότε εκδηλώνουν συλλογική κβαντική συμπεριφορά σε μακροσκοπική κλίμακα^(*).

Στα υπέρψυχρα ατομικά αέρια, οι επιστήμονες μπορούν να προσδιορίσουν μια ισοδύναμη θερμοκρασία από την κινητική ενέργεια διαστολής του ατομικού νέφους, όταν τα άτομα απελευθερώνονται από την παγίδα τους. Στην Γη, η βαρύτητα προκαλεί την πτώση των ατομικών νεφών, δυσκολεύοντας την επίτευξη εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών και την παρατήρησή τους για μεγάλο χρονικό διάστημα. Όμως, στον διαστημικό σταθμό, τα άτομα βρίσκονται σχεδόν σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας.

Το πείραμα πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια της ειδικής πειραματικής διάταξης φυσικής υπέρψυχρων ατόμων του Κινεζικού Διαστημικού Σταθμού, η οποία άρχισε να αναπτύσσεται το 2015. Η διάταξη μεταφέρθηκε στον σταθμό τον Οκτώβριο του 2022. Μετά από τρία χρόνια και πλέον προσπαθειών, κατόρθωσαν να μειώσουν την ισοδύναμη θερμοκρασία των ατόμων στα 9,7 pK.

Η σημασία του πειράματος δεν περιορίζεται μόνο στην επίτευξη ενός νέου ρεκόρ χαμηλής θερμοκρασίας, αλλά επεκτείνεται και στις νέες δυνατότητες που προσφέρει για μελλοντικά πειράματα κβαντικής φυσικής. Σε τόσο χαμηλές θερμοκρασίες, οι φυσικοί μπορούν να ελέγχουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τις καταστάσεις των κβαντικών αερίων και να διερευνούν την κβαντική συμπεριφορά της ύλης.

(*) Στην κβαντική φυσική τα σωματίδια είναι θεμελιωδώς μη διακρίσιμα και η συμπεριφορά τους εξαρτάται από το σπιν τους. Έτσι προκύπτουν οι δύο διαφορετικές κβαντικές στατιστικές. Η στατιστική Bose–Einstein για τα μποζόνια, δηλαδή τα σωματίδια με ακέραιο σπιν και η στατιστική Fermi–Dirac για τα φερμιόνια, δηλαδή τα σωματίδια με ημιακέραιο σπιν (τα oποία υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του Pauli). Η ουσιαστική διαφορά τους είναι ότι πολλά μποζόνια μπορούν να καταλαμβάνουν την ίδια κβαντική κατάσταση, ενώ δύο όμοια φερμιόνια δεν μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση. Eνώ τα φερμιόνια «απεχθάνονται να συνευρίσκονται μεταξύ τους» , τα μποζόνια «αρέσκονται να συνυπάρχουν το ένα πάνω στο άλλο».

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Record-low temperature created on China’s space station – https://www.sciencenews.org/article/lowest-temperature-china-space-station?utm_source=chatgpt.com
2. Η ομάδα των Zhou Xiaoji και Chen Xuzong επιτυγχάνει υπερψυχρό κβαντικό αέριο κάτω από 10 picokelvin στον Κινεζικό Διαστημικό Σταθμό – https://ele.pku.edu.cn/info/1012/6785.htm?utm_source=chatgpt.com

Κατηγορίες:ΔΙΑΣΤΗΜΑ, ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ, ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ

Ετικέτες: PHYSICS