宇宙で最も寒い場所はどこですか？ 温度が単なるマイナス378華氏に急落する月ではありません。 科学者が知る限りでは、これまでに達成された最低温度は、最近、地球上でここで観察されました。
記録破りの安値は、超低温物理学の最新の偉業の一つであった、原子、さらには光自体が非常に珍しい方法で動作するように心bogglingly極寒の温度で物質の いくつかの要素の電気抵抗は、超伝導と呼ばれる現象である約マイナス440°F以下に消えます。 さらに低い温度では、いくつかの液化ガスは、液体の他の種類を保持するのに十分な固体壁を介してにじみ出ることができる”超流動”になります。
物理学者は、絶対零度として知られており、ずっと前にマイナス459.67°Fと計算された最も寒い温度に達することはできないと認めています。
しかし、いくつかの物理学者は、その理論的な限界にできるだけ近づくことを意図しており、私がケンブリッジのマサチューセッツ工科大学のWolfgang Ketterleの研究室を訪問したのは、その最もまれな競技のより良い見解を得ることでした。 少なくともギネス世界記録2008によると、最低温度：絶対零度より810兆度Fの記録を保持しています。 Ketterleと彼の同僚は、磁石によって所定の位置に閉じ込められたナトリウム分子の雲（約1000分の1インチ）で作業している間に、2003年にその偉業を達成しました。
私はKetterleに彼らが記録を設定した場所を私に見せてくれるように頼んでいます。 私達は減速し、それにより速く動く原子粒子を冷却するのに使用されているレーザ光線からの赤外線ライトによって盲目にされることから私達自身を保護するためにゴーグルを置きました。 私たちは、ワイヤー、小さな鏡、真空管、レーザーソースと高出力のコンピュータ機器の相互接続された寄せ集めと暗い部屋に彼の日当たりの良いオフィスからホール “ここに、”彼は言う、彼はそれにつながるアルミニウム箔で包まれたチューブを持っているブラックボックスを指すように興奮して上昇する彼の声。 「ここが私たちが最も寒い温度を作った場所です。”
ケターレの業績は、ボース-アインシュタイン凝縮（BEC）と呼ばれる全く新しい形の物質の追求から出てきました。 凝縮物は標準的なガス、液体また更に固体ではない。 それらは、原子の雲（時には数百万個以上）がすべて同じ量子状態に入り、1つのように振る舞うときに形成されます。 アルバート-アインシュタインとインドの物理学者Satyendra Boseは、1925年に、科学者が絶対零度に近い温度に原子をさらすことによってそのような物質を生成することができると予測した。 70年後、M.I.T.で働いていたKetterleとほぼ同時に、コロラド大学ボルダー校で働いていたCarl Wiemanと、ボルダーの国立標準技術研究所のEric Cornellが最初のボーズ-アインシュタイン凝縮体を作った。 この3人はすぐにノーベル賞を受賞した。 Ketterleのチームは、becを使用して、圧縮性などの物質の基本的な特性を研究し、超流動性などの奇妙な低温現象をよりよく理解しています。 最終的には、ケターレは、多くの物理学者のように、人間がエネルギーを使用する方法に革命をもたらすだろう室温で超伝導体として作用することがで ほとんどのノーベル賞受賞者のために、名誉は長いキャリアをキャップします。 しかし、彼が彼を授与されたときに44歳だったKetterleのために、BECsの創造は、彼と彼の同僚が何十年も探求する新しい分野を開きました。
最も寒い場所のもう一つの候補は、ハーバード大学のLene Vestergaard Hauの研究室で、ケンブリッジの向こう側にあります。 彼女の個人的なベストは、絶対零度よりも数百万分の1のf度であり、Ketterleに近く、彼女もBecを作成している間に到達しました。 「私たちは毎日Becを作っています」と、階段を降りて機器が詰め込まれた研究室に行くと彼女は言います。 部屋の中央にあるビリヤードテーブルサイズのプラットフォームは、小さな楕円形の鏡と鉛筆-鉛-薄いレーザービームで構成された迷路のように見えます。 BECsを利用して、Hauと彼女の同僚は不可能に思えるかもしれない何かをしました: 彼らは仮想停止に光を遅くしています。光の速度は、我々はすべて聞いたように、一定である：真空中で毎秒186,171マイル。
光の速度は、真空中で毎秒186,171マイル。
光の速度は、真空中で毎秒186, 例えば、光はガラスや水を通過するときに曲がるだけでなく、わずかに遅くなります。 それでも、それはハウがbecに光のレーザービームを照らすときに何が起こるかと比較して何もありません：それは枕に野球を投げつけるようなものです。 「まず、速度を自転車の速度に落としました」とHau氏は言います。 “今ではクロールであり、我々は実際にそれを停止することができます—becの中に完全に瓶詰めされた光を保ち、それを見て、それで遊んで、準備ができたらそ”
彼女はbecの密度と温度が光のパルスを遅くするので、このように光を操作することができます。 （彼女は最近、実験をさらに一歩進め、1つのBECでパルスを停止し、電気エネルギーに変換し、別のBECに転送し、それを解放して再び途中で送信しました。 Hauはbecを使用して、光の性質と、becに閉じ込められた光である「遅い光」を使用して、コンピュータの処理速度を向上させ、情報を保存する新しい方法を提供す
すべての超低温研究がBECsを使用して行われているわけではありません。 例えば、フィンランドでは、物理学者のJuha Tuoriniemiがロジウム原子のコアを磁気的に操作して、絶対零度よりも180兆分の1の温度に達する。 （ギネス記録にもかかわらず、多くの専門家はKetterleよりもさらに低い温度を達成するとTuoriniemiを信用していますが、それはBECなどの原子群を測定しているか、核などの原子の一部のみを測定しているかどうかによって異なります。絶対零度は達成しようとする価値があるように見えるかもしれませんが、Ketterleは彼がよりよく知っていると言います。 “私たちは試していません”と彼は言います。 “私たちがいる場所は、私たちの実験のために十分な寒さです。 物理学者の熱の理解と熱力学の法則によれば、それは単に問題の価値はありません。 “すべてのエネルギー、それのすべての最後のビットを吸い出し、ゼロエネルギーと絶対ゼロを達成するために—それは達成するために宇宙の時代を取るで”
Tom Shachtmanは、将来のPBS”Nova”ドキュメンタリーの基礎である絶対零度と寒さの征服の著者です。