Carding
Professional
- Messages
- 2,871
- Reaction score
- 2,377
- Points
- 113
Это может звучать как «холодный ад», но впервые физики создали атомный газ, который выдерживает температуру 0 К. Такие технологии открывают двери для создания материалов, которые могут выдерживать абсолютный ноль. Новые квантовые устройства, которые также в перспективе могут быть созданы, будут обладать уникальными свойствами. Кроме того, эти эксперименты позволяют приблизиться к решению космологических загадок. Статья в Nature в определенной степени переворачивает представления о понимании абсолютного ноля.
Лорд Кельвин
Лорд Кельвин определил абсолютную температурную шкалу в 19-м веке и указал, что ничего не может быть холоднее, чем абсолютный ноль. Позже физики поняли, что абсолютная температура газа зависит от средней энергии его частиц.
Абсолютный ноль соответствует состоянию, в котором частицы не имеют энергии, а высшие температуры соответствуют большей средней энергии.
Однако, к 1950-ым годам физики, работающие с более сложными системами, начали понимать, что утверждение основателя температурной шкалы не совсем верно. Технически, вы определяете температуру согласно вероятностным графикам для частиц газа, которые существуют с определёнными энергиями. Обычно, большинство частиц имеют среднюю или близкую к средней энергии. Но несколько частиц могут быть прижаты большей энергией. Теоретически, может возникнуть ситуация когда большее количество частиц оказывается под воздействием высшей энергии, тогда процесс может развиваться в обратную сторону и значение температур будет изменяться от положительной к отрицательной абсолютной температуре, объясняет Улрич Шнидер, физик Университета Людвика Максимилиана в Мюнхене, Германия.
Горы и долины - энергия частиц, как показатель температуры
Шнидер и его коллеги исследовали суб-абсолютные температуры с ультрахолодным квантовым газом, состоящим из атомов калия. Используя лазер и магнитные поля, они сохранили отдельные атомы в упорядоченную решётку. При положительных температурах атомы отталкиваются, создавая стабильную структуру. Затем исследователи изменяли магнитные поля, заставляя атомы приближаться, а не отталкиваться. Это заставляет смещаться атомы от самых стабильных положений с низкой энергией в состояние максимально возможной энергии. Это как идти через долину, а затем неожиданно обнаружить себя на вершине горы.
При положительных температурах отталкивание может быть неустойчивым и система может распасться . Но команда исследователей использовала захватывающее лазерное поле, чтобы атомы могли оставаться на своих позициях. Этот результат означает переход от газа с температурой чуть выше абсолютного нуля до нескольких миллиардных долей Кельвина выше абсолютного нуля.
Вольфган Кеттерле, физик и Нобелевский лауреат в Массачусетском технологическом институте, который ранее продемонстрировал отрицательные абсолютные температуры в магнитной системе, назвал последнюю работу «экспериментальной демонстрацией силы». Экзотическое высокоэнергетические состояния, которые трудно создавать в лаборатории при положительных температурах становятся стабильными при негативных абсолютных температурах – «это как поставить пирамиду на вершину и не переживать, что она опрокинется». «Возможно, это путь к созданию новых форм материи в лаборатории» — добавил Кеттерле.
Если создать такую материю, то подобные системы будут вести себя странно, говорит Ачим Рош, теоретический физик к Кельнском университете в Германии. Он предлагал технологию, которой пользовался Шнидер и его команда. К примеру, Рош и его коллеги подсчитали, что если часть облака состоит из частиц с негативной абсолютной температурой, то часть атомов упадут вниз под действием тяжести; остальные атомы будут двигаться вверх.
Ещё одной особенностью газа с температурой абсолютного нуля является его подражание «темной энергии», загадочной силе, которая заставляет Вселенную разлетаться всё сильнее, несмотря на силы гравитации.
Лорд Кельвин
Лорд Кельвин определил абсолютную температурную шкалу в 19-м веке и указал, что ничего не может быть холоднее, чем абсолютный ноль. Позже физики поняли, что абсолютная температура газа зависит от средней энергии его частиц.
Абсолютный ноль соответствует состоянию, в котором частицы не имеют энергии, а высшие температуры соответствуют большей средней энергии.
Однако, к 1950-ым годам физики, работающие с более сложными системами, начали понимать, что утверждение основателя температурной шкалы не совсем верно. Технически, вы определяете температуру согласно вероятностным графикам для частиц газа, которые существуют с определёнными энергиями. Обычно, большинство частиц имеют среднюю или близкую к средней энергии. Но несколько частиц могут быть прижаты большей энергией. Теоретически, может возникнуть ситуация когда большее количество частиц оказывается под воздействием высшей энергии, тогда процесс может развиваться в обратную сторону и значение температур будет изменяться от положительной к отрицательной абсолютной температуре, объясняет Улрич Шнидер, физик Университета Людвика Максимилиана в Мюнхене, Германия.
Горы и долины - энергия частиц, как показатель температуры
Шнидер и его коллеги исследовали суб-абсолютные температуры с ультрахолодным квантовым газом, состоящим из атомов калия. Используя лазер и магнитные поля, они сохранили отдельные атомы в упорядоченную решётку. При положительных температурах атомы отталкиваются, создавая стабильную структуру. Затем исследователи изменяли магнитные поля, заставляя атомы приближаться, а не отталкиваться. Это заставляет смещаться атомы от самых стабильных положений с низкой энергией в состояние максимально возможной энергии. Это как идти через долину, а затем неожиданно обнаружить себя на вершине горы.
При положительных температурах отталкивание может быть неустойчивым и система может распасться . Но команда исследователей использовала захватывающее лазерное поле, чтобы атомы могли оставаться на своих позициях. Этот результат означает переход от газа с температурой чуть выше абсолютного нуля до нескольких миллиардных долей Кельвина выше абсолютного нуля.
Вольфган Кеттерле, физик и Нобелевский лауреат в Массачусетском технологическом институте, который ранее продемонстрировал отрицательные абсолютные температуры в магнитной системе, назвал последнюю работу «экспериментальной демонстрацией силы». Экзотическое высокоэнергетические состояния, которые трудно создавать в лаборатории при положительных температурах становятся стабильными при негативных абсолютных температурах – «это как поставить пирамиду на вершину и не переживать, что она опрокинется». «Возможно, это путь к созданию новых форм материи в лаборатории» — добавил Кеттерле.
Если создать такую материю, то подобные системы будут вести себя странно, говорит Ачим Рош, теоретический физик к Кельнском университете в Германии. Он предлагал технологию, которой пользовался Шнидер и его команда. К примеру, Рош и его коллеги подсчитали, что если часть облака состоит из частиц с негативной абсолютной температурой, то часть атомов упадут вниз под действием тяжести; остальные атомы будут двигаться вверх.
Ещё одной особенностью газа с температурой абсолютного нуля является его подражание «темной энергии», загадочной силе, которая заставляет Вселенную разлетаться всё сильнее, несмотря на силы гравитации.
