Вчені практично досягли абсолютного нуля температури

Фізики з Массачусетського технологічного інституту охолодили молекули речовини до температури 500 нанокельвінов (0,000000005 К), тим самим впритул наблизившись до мінімально можливої температури речовини у Всесвіті - абсолютного нуля.

Абсолютний нуль температури становить -273,15°C, це мінімально можлива температура, яку тільки може мати якесь фізичне тіло або його окремі молекули. Щоправда, на практиці подібне значення вважається недосяжним, оскільки це означатиме суцільне припинення хаотичного руху елементарних частинок, тобто енергія теплового руху матерії повинна знизитися до нуля.

абсолютний нуль температури був майже досягнений

Простіше кажучи, до абсолютного нуля можна тільки наблизитися, але не досягти його, принаймні така точка зору є загальновизнаною. Тим не менш, вчені не залишають спроб досягти цього ліміту або максимально наблизитися до нього. У першу чергу їх хвилюють питання: У якому стані буде перебувати матерія при наднизьких температурах? Як поводитимуться елементарні часточки: чи повністю припиниться хаотичний рух або вони будуть піддані нульовим коливанням, передбаченим квантовою теорією поля?

Група вчених під керівництвом Мартіна Цвірляйна підійшла до дослідження досить серйозно. Першим викликом став пошук і формування відносно стійкої молекули, частинки якої будуть неохоче йти на контакт один з одним. Вибір припав на з'єднання натрію і калію, які в нормальних умовах ніколи не утворюють сполуки (обидва елементи мають низьку електронегативність і прагнуть віддавати електрони).

Молекули NaK були отримані за допомогою високоточних лазерних установок. Спочатку вчені випарували хмари зайвих атомів, після чого речовина було охолоджена лазером. Атоми натрію і калію, які вперто не хотіли зближуватися один з одним, об'єдналися в одну молекулу за допомогою спрямованого впливу магнітного поля. Подальше охолодження отриманої молекули NaK відбувалося завдяки парі інших лазерів: першому задали частоту, відповідну тепловому (коливальному) руху частинок молекули в нормальному стані, другому - мінімально можливу частоту. У такий хитрий спосіб фізики домоглися поглинання речовиною енергії другого лазера і миттєвого випромінювання цієї енергії на перший, в результаті чого було досягнуто вкрай низький енергетичний стан сполуки, відповідно знизилася і температура.

При температурі 0,000000005 Кельвіна молекули демонстрували стабільність і статичність, ні про які взаємодії не йшло навіть і мови. Однак цікаво, що електричний дипольний момент був у них досить сильним. Час життя з'єднання склав 2,5 секунди, після чого воно розпалося на атоми.

Нагадаємо, це досягнення перекрило рекорд команди з Єльського університету, яка в серпні 2014 змогла охолодити з'єднання монофториду стронцію (SrF) до 0,0025 кельвінів.

Детальніше з результатами нового дослідження можна ознайомитися в журналі Physical Review Letters. До речі, на досягнутому вчені зупинятися не планують і обіцяють досягти ще більш низьких температур.

Евгений Мартыненко