Физики из Китая установили новый рекорд охлаждения вещества. На борту космической станции «Тяньгун» они получили облако атомов с эквивалентной температурой 9,7 пикокельвина. Это примерно в четыре раза ниже предыдущего рекорда, установленного в 2021 году.
Пикокельвин — одна триллионная доля кельвина. Полученный результат соответствует температуре примерно в 280 миллиардов раз ниже средней температуры космического пространства, которая составляет около 2,7 К. При этом абсолютный ноль — минимально возможная температура — равен −273,15 °C, и достичь его невозможно.
В эксперименте участвовали около 20 тысяч атомов рубидия-87. Сначала ученые охладили их с помощью лазеров и испарительного охлаждения: наиболее энергичные атомы покидали ловушку, а оставшиеся двигались все медленнее. Затем исследователи использовали магнитное поле, чтобы компенсировать отсутствие привычного действия гравитации на орбите.
Полученное облако атомов сформировало конденсат Бозе — Эйнштейна — особое состояние вещества, в котором частицы начинают вести себя как единая квантовая система. После этого физики перенесли его в более широкую оптическую ловушку и постепенно ослабили удерживающее поле.
Когда ловушку отключили, облако начало расширяться. Ученые наблюдали за его движением и смогли обнаружить атомы даже через семь секунд после освобождения. По скорости расширения исследователи рассчитали эквивалентную температуру — 9,7 пикокельвина.
Такой показатель не означает, что вся установка или окружающее пространство на станции охладились до этой температуры. Он характеризует энергию движения атомов в экспериментальном облаке.
Рекорд важен не только сам по себе. Чем медленнее движутся атомы и чем дольше ученые могут наблюдать за ними, тем точнее становятся измерения с помощью атомной интерферометрии. Эта технология использует волновые свойства атомов и позволяет регистрировать очень небольшие изменения гравитации и ускорения.
В перспективе подобные эксперименты помогут проверять фундаментальные положения физики, в том числе принцип эквивалентности — представление о том, что гравитация одинаково действует на тела независимо от их массы и состава.
Читайте также: Подводный телескоп на глубине 2,4 км помог проверить теорию относительности Эйнштейна