Станция «Тяньгун»: атомы рубидия охладили до 10 пикокельвинов — рекордно низкая температура

Учёные охладили облако атомов примерно до 10 пикокельвинов, то есть до 10 триллионных долей кельвина, и получили конденсат Бозе — Эйнштейна холоднее всех прежних, сообщает Science News. Результат опубликован 5 ноября в журнале Science. Эксперимент проходил на борту китайской космической станции «Тяньгун» на орбите Земли. Эта температура лишь чуть выше абсолютного нуля, −273,15° Цельсия sciencenews.orgScience Newssciencenews.orgОткрыть источник ↗.

Как охлаждали атомы

Исследователи удерживали 20 000 атомов рубидия в лазерных ловушках и снижали их движение, тем самым охлаждая их sciencenews.orgScience Newssciencenews.orgОткрыть источник ↗. На атомном уровне температура связана с движением: атомы и молекулы в окружающем воздухе движутся медленнее, когда холоднее. В системах холодных атомов учёные определяют эффективную температуру по тому, как медленно атомы расходятся, когда им позволяют расширяться.

На Земле гравитация заставляет облака атомов оседать, и это снижает эффективность охлаждения. На станции атомы находились в микрогравитации — кажущейся невесомости тела в свободном падении sciencenews.orgScience Newssciencenews.orgОткрыть источник ↗. Чтобы получить конденсат Бозе — Эйнштейна, беспорядочную группу атомов охлаждают до тех пор, пока все они не примут одно квантовое состояние и не начнут вести себя как единое целое.

Прежние рекорды и применение

Конденсаты Бозе — Эйнштейна ранее получали на Международной космической станции при эффективных температурах до 52 пикокельвинов. В земном эксперименте, где атомы сбрасывали вниз по башне для создания невесомости, достигли 38 пикокельвинов sciencenews.orgScience Newssciencenews.orgОткрыть источник ↗. Опыты на падающей башне ограничены длительностью свободного падения, а для экспериментов на орбите Земли это не проблема.

Ультрахолодные атомы позволяют изучать экзотические состояния вещества и другие физические явления. С их помощью также можно проверять фундаментальные понятия, например принцип эквивалентности — идею, объясняющую, почему тела разной массы падают в вакууме с одинаковой скоростью sciencenews.orgScience Newssciencenews.orgОткрыть источник ↗.