На борту китайской орбитальной станции «Тяньгун» ученые получили конденсат Бозе — Эйнштейна с рекордно низкой эквивалентной температурой — 9,7 пикокельвина. Это значение в 280 миллиардов раз ниже фонового излучения Вселенной.
Физики из Китая провели эксперимент на своей орбитальной станции «Тяньгун» и зафиксировали рекордно низкую эквивалентную температуру в истории — 9,7 пикокельвина, что равно 0,0000000000097 кельвина. Результаты опубликованы в журнале Science.
Средняя температура реликтового излучения, оставшегося от Большого взрыва, составляет около 2,7 кельвина (−270,45 °C). Новый показатель в 280 миллиардов раз ниже. Абсолютный ноль считается недостижимым: чем ближе к нему, тем сложнее убирать остатки энергии.
Этот рекорд связан с конденсатом Бозе — Эйнштейна. Это состояние материи, в котором охлажденные атомы теряют свою индивидуальность и начинают действовать как единый квантовый объект. Такие облака позволяют исследовать квантовые эффекты в макроскопическом масштабе и выполнять сверхточные измерения.
На Земле процесс ограничен гравитацией: она мешает удерживать и охлаждать атомы. Поэтому физики работают в космосе, где длительная микрогравитация. Первый конденсат в космосе был получен в 2018 году на МКС, когда атомы рубидия охладили до 100 нанокельвинов.
Предыдущий рекорд составил 38 пикокельвинов и был установлен в 2021 году в Бремене. Новая работа под руководством Сяоцзи Чжоу и Сюйцзуна Чэня из Пекинского университета и Вэйбяо Чэня из Китайской академии наук превзошла его.
Эксперимент начался с облака атомов рубидия-87. Их охлаждали лазерами в оптической ловушке установки Cold Atom Physics Rack, затем применили испарительное охлаждение: самые энергичные атомы выходили из ловушки и уносили с собой энергию. В условиях орбиты гравитация не помогала, поэтому ее аналог создали градиентом магнитного поля.
Таким образом, был получен конденсат из примерно 20 000 атомов при температуре 3,1 нанокельвина. Затем облако перенесли во вторую, более широкую ловушку, постепенно ослабили ее и выключили. Атомы расширялись так медленно, что их регистрировали еще через семь секунд после освобождения.
По скорости расширения ученые вычислили эквивалентную температуру — 9,7 пикокельвина. Это не совсем обычная температура: она описывает энергию, связанную с разлетом облака. Чем медленнее движутся атомы, тем дольше их можно наблюдать и тем точнее измерения.
Практическое применение — атомная интерферометрия. Она использует волновые свойства атомов для улавливания мельчайших изменений в окружающей среде. В будущем это может помочь в проверке фундаментальных законов физики, включая принцип эквивалентности, и в изучении экзотических состояний материи.
Фото: hi-tech.mail.ru