unde este cel mai rece loc din univers? Nu pe Lună, unde temperatura scade la un minus 378 Fahrenheit. Nici măcar în cel mai adânc spațiu cosmic, care are o temperatură de fond estimată de aproximativ minus 455 de metri cubi F. În măsura în care oamenii de știință pot spune, cele mai scăzute temperaturi atinse vreodată au fost observate recent chiar aici pe pământ.minimele record au fost printre cele mai recente fapte ale fizicii ultracold, studiul de laborator al materiei la temperaturi atât de frigide, încât atomii și chiar lumina se comportă în moduri extrem de neobișnuite. Rezistența electrică în unele elemente dispare sub aproximativ minus 440 Ft F, fenomen numit supraconductivitate. La temperaturi și mai scăzute, unele gaze lichefiate devin „superfluide” capabile să se scurgă prin pereți suficient de solizi pentru a reține orice alt tip de lichid; par chiar să sfideze gravitația în timp ce se strecoară în sus, peste și din containerele lor.
fizicienii recunosc că nu pot atinge niciodată cea mai rece temperatură posibilă, cunoscută sub numele de zero absolut și calculată cu mult timp în urmă ca fiind minus 459,67 untq F. pentru fizicieni, temperatura este o măsură a vitezei în care atomii se mișcă, o reflectare a energiei lor—iar zero absolut este punctul în care nu mai rămâne absolut nicio energie termică care să fie extrasă dintr-o substanță.
dar câțiva fizicieni intenționează să se apropie cât mai mult posibil de această limită teoretică și a fost pentru a obține o imagine mai bună a celor mai rarefiate competiții pe care le-am vizitat Laboratorul lui Wolfgang Ketterle de la Massachusetts Institute of Technology din Cambridge. În prezent deține recordul—cel puțin conform Guinness World Records 2008-pentru cea mai scăzută temperatură: 810 trilioane de grad F peste zero absolut. Ketterle și colegii săi au realizat acest lucru în 2003, în timp ce lucrau cu un nor—aproximativ o miime de centimetru—de molecule de sodiu prinse în loc de magneți.îl rog pe Ketterle să-mi arate locul unde au stabilit recordul. Ne punem ochelari de protecție pentru a ne proteja de a fi orbiți de lumina infraroșie din fasciculele laser care sunt folosite pentru a încetini și, prin urmare, a răci particulele atomice în mișcare rapidă. Traversăm holul din biroul său însorit într-o cameră întunecată, cu un amestec interconectat de fire, oglinzi mici, tuburi vidate, surse laser și echipamente informatice de mare putere. „Chiar aici”, spune el, vocea lui ridicându-se de emoție în timp ce arată spre o cutie neagră care are un tub învelit în folie de aluminiu care duce în ea. „Aici am făcut cea mai rece temperatură.”
realizarea lui Ketterle a venit din Căutarea unei forme complet noi de materie numită condensat Bose-Einstein (BEC). Condensatele nu sunt gaze standard, lichide sau chiar solide. Ele se formează atunci când un nor de atomi—uneori milioane sau mai mulți—intră în aceeași stare cuantică și se comportă ca unul. Albert Einstein și fizicianul Indian Satyendra Bose au prezis în 1925 că oamenii de știință ar putea genera o astfel de materie supunând atomii la temperaturi apropiate de zero absolut. Șaptezeci de ani mai târziu, Ketterle, care lucra la M. I. T. și aproape simultan, Carl Wieman, care lucra la Universitatea din Colorado la Boulder, și Eric Cornell de la Institutul Național de standarde și Tehnologie din Boulder a creat primele condensate Bose-Einstein. Cei trei au câștigat imediat un Premiu Nobel. Echipa lui Ketterle folosește BECs pentru a studia proprietățile de bază ale materiei, cum ar fi compresibilitatea, și pentru a înțelege mai bine fenomenele ciudate de temperatură scăzută, cum ar fi superfluiditatea. În cele din urmă, Ketterle, la fel ca mulți fizicieni, speră să descopere noi forme de materie care ar putea acționa ca supraconductori la temperatura camerei, ceea ce ar revoluționa modul în care oamenii folosesc energia. Pentru majoritatea câștigătorilor Premiului Nobel, onoarea acoperă o lungă carieră. Dar pentru Ketterle, care avea 44 de ani când a fost premiat, crearea BECs a deschis un nou domeniu pe care el și colegii săi îl vor explora de zeci de ani.un alt concurent pentru cel mai rece loc este peste Cambridge, în laboratorul lui Lene Vestergaard Hau de la Harvard. Cel mai bun ei personal este de câteva milioane de grade F peste zero absolut, aproape de Ketterle, pe care ea, de asemenea, a ajuns în timp ce crearea BECs. „Facem BECs în fiecare zi acum”, spune ea în timp ce coborâm o scară la un laborator plin de echipamente. O platformă de masă de biliard în centrul camerei arată ca un labirint construit din oglinzi ovale minuscule și fascicule laser subțiri cu creion. Valorificarea BECs, Hau și colegii ei au făcut ceva care ar putea părea imposibil: au încetinit lumina până la un impas virtual.
viteza luminii, așa cum am auzit cu toții, este o constantă: 186.171 mile pe secundă în vid. Dar este diferit în lumea reală, în afara unui vid; de exemplu, lumina nu numai că se îndoaie, ci și încetinește atât de ușor atunci când trece prin sticlă sau apă. Totuși, asta nu este nimic în comparație cu ceea ce se întâmplă atunci când Hau strălucește un fascicul laser de lumină într-un BEC: este ca și cum ai arunca o minge de baseball într-o pernă. „În primul rând, am redus viteza la cea a unei biciclete”, spune Hau. „Acum este la un crawl și îl putem opri de fapt—păstrați lumina îmbuteliată în întregime în interiorul BEC, uitați-vă la ea, jucați-vă cu ea și apoi eliberați-o când suntem gata.”
ea este capabilă să manipuleze lumina în acest fel, deoarece densitatea și temperatura becului încetinesc impulsurile de lumină. (Ea a făcut recent experimentele cu un pas mai departe, oprind un impuls într-un BEC, transformându-l în energie electrică, transferându-l la un alt BEC, apoi eliberându-l și trimițându-l din nou pe drum.) Hau folosește BECs pentru a descoperi mai multe despre natura luminii și modul de utilizare a „luminii lente”—adică a luminii prinse în BECs—pentru a îmbunătăți viteza de procesare a computerelor și pentru a oferi noi modalități de stocare a informațiilor.
nu toate cercetările ultracold sunt efectuate folosind BECs. În Finlanda, de exemplu, fizicianul Juha Tuoriniemi manipulează magnetic nucleele atomilor de rodiu pentru a atinge temperaturi de 180 trilioane de grad F peste zero absolut. (În ciuda recordului Guinness, mulți experți cred că Tuoriniemi atinge temperaturi chiar mai scăzute decât Ketterle, dar asta depinde dacă măsurați un grup de atomi, cum ar fi un BEC, sau doar părți ale atomilor, cum ar fi nucleele.)
s-ar putea părea că zero absolut merită să încerci să atingi, dar Ketterle spune că știe mai bine. „Nu încercăm”, spune el. „Unde suntem este destul de rece pentru experimentele noastre.”Pur și simplu nu merită necazul—ca să nu mai vorbim, conform înțelegerii Fizicienilor despre căldură și legile termodinamicii, imposibil. „Pentru a aspira toată energia, fiecare ultimă parte a acesteia și pentru a obține energie zero și zero absolut—asta ar lua vârsta universului pentru a realiza.”
Tom Shachtman este autorul absolut Zero și cucerirea rece, baza pentru un viitor PBS” Nova ” documentar.