U laboratoriju kreirana najhladnija tvar u svemiru

Kao što dobro znamo, apsolutna nula ili apsolutna ništica, donja je granica termodinamičke temperature koju je zbog trećeg zakona termodinamike nemoguće postići. Usprkos toj spoznaji, znanstvenici širom svijeta trude se tvar ohladiti čim više, pa svako malo čujemo za neki novi rekord.

Najnoviji je postignut zahvaljujući znanstvenicima Sveučilišta u Kyotu i Sveučilišta Rice, koji su uspjeli ohladiti atome iterbija na temperature oko 3 milijarde puta niže od međuzvjezdanog prostora u svemiru, odnosno na jedan milijarditi stupanj od apsolutne ništice, što je toliko niska temperatura kakva nigdje u svemiru ne postoji.

Eksperiment je izveden na Sveučilištu Kyoto u Japanu i koristio je fermione, odnosno ono što fizičari čestica nazivaju "bilo koje čestice koje čine materiju, uključujući elektrone, protone i neutrone". Tim je ohladio svoje fermione, atome elementa iterbija na oko milijardu dijela stupnja iznad apsolutne nule, hipotetske temperature na kojoj bi prestalo svako kretanje atoma.

"Osim ako izvanzemaljska civilizacija trenutno ne provodi takve eksperimente, kad god se ovaj eksperiment provodi na Sveučilištu Kyoto, stvara najhladnije fermione u svemiru", rekao je u izjavi Kaden Hazzard, istraživač Sveučilišta Rice, koji je sudjelovao u studiji.

Tim je koristio lasere za hlađenje materije ograničavanjem gibanja 300.000 atoma unutar optičke rešetke. Eksperiment simulira model kvantne fizike koji je prvi put predložio 1963. godine teorijski fizičar John Hubbard. Takozvani Hubbardov model omogućuje atomima da pokažu neobična kvantna svojstva uključujući kolektivno ponašanje između elektrona poput supravodljivosti (provođenja elektriciteta bez gubitka energije).

Elektroni su se počeli vezati s protonima, tvoreći prve atome najlakšeg postojećeg elementa vodika. Kao rezultat ovog formiranja atoma, prostor je brzo izgubio svoje slobodne elektrone. A budući da elektroni raspršuju fotone, prostor je prije posljednjeg raspršenja bio neproziran za svjetlost. S elektronima vezanima s protonima u tim prvim atomima vodika, fotoni su odjednom mogli slobodno putovati, čineći prostor prozirnim za svjetlost. Posljednje raspršenje također je označilo posljednji trenutak u kojem su fermioni poput protona i fotona imali istu temperaturu.

Kao rezultat posljednjeg raspršenja, fotoni su ispunili prostor na specifičnoj temperaturi od 2,73 Kelvina, što je jednako minus 270,42 stupnja Celzija, što je samo 2,73 stupnja iznad apsolutne nule, 0 Kelvina ili minus 273,15 stupnjeva C.

Postoji jedno područje u poznatom svemiru, maglica Bumerang, oblak plina koji okružuje umiruću zvijezdu u zviježđu Kentaura, koji je čak hladniji od ostatka svemira, oko 1 Kelvina ili minus 272⁰ C. Astronomi vjeruju da se maglica Boomerang hladi hladnim, ekspandirajućim plinom koji ispušta umiruća zvijezda u središtu maglice. Ali čak ni maglica Bumerang ne može se natjecati s temperaturama atoma iterbija u najnovijem eksperimentu.

"Ovi sustavi su prilično egzotični i posebni, ali nadamo se da njihovim proučavanjem i razumijevanjem možemo identificirati ključne sastojke koji moraju biti prisutni u stvarnim materijalima", zaključio je Hazzard.

Istraživanje objavljeno u časopisu Nature Physics možete pronaći na ovoj poveznici.