Mniej niż zero
Naukowcom udało się schłodzić atomy poniżej granicy zera absolutnego. Osiągnięcie to otwiera drogę do powstania systemów stabilnych w temperaturze ujemnej w skali kelvina.
Stworzona w połowie XIX wieku skala jest skalą absolutną, która zakłada, że nic nie może mieć temperatury niższej od wyznaczonego przez nią 0 stopni. Jednak już w latach 50. ubiegłego wieku fizycy zdali sobie sprawę, że kelvinowskie 0 może nie być granicą wyznaczającą najniższą możliwą temperaturę.
Teraz Ulrich Schneider, fizyk z Uniwersytetu Ludwiga Maksymiliana w Monachium wraz ze swoim zespołem uzyskali ultrazimny gaz złożony z atomów potasu. Za pomocą laserów i pól magnetycznych utrzymali atomy w pożądanym położeniu. W temperaturach powyżej 0 stopni kelvina atomy odpychały się, tworząc stabilną strukturę. Po szybkiej zmianie parametrów pól magnetycznych atomy zaczęły się przyciągać. To błyskawicznie doprowadziło do zmiany stanu atomów z najbardziej stabilnego o możliwie najniższej energii do stanu o najwyższej możliwej energii. Zmiana była tak szybka, że atomy nie zdążyły zareagować. To tak, jakbyśmy wędrowali doliną i nagle znaleźli się na szczycie góry - mówi Schneider.
W temperaturach dodatnich taka zmiana doprowadziłaby do zaburzenia całej struktury zbudowanej z atomów. Jednak uczeni wraz ze zmianą pola magnetycznego zmienili właściwości utrzymujących atomy w pułapce laserów tak, że dla atomów pozostanie na swoich pozycjach było korzystne energetycznie. Oznacza to przejście gazu z temperatury powyżej zera absolutnego do temperatury kilku miliardowych stopni Kelvina poniżej zera.
Laureat Nagrody Nobla Wolfgang Ketterle, fizyk z MIT-u, mówi, że uzyskane przez Niemców wyniki dają nadzieję na badanie egzotycznych stanów materii. Stanów, które są bardzo niestabilne w temperaturach powyżej zera absolutnego. To tak, jakbyśmy postawili piramidę na czubku i nie musieli się martwić, że się przewróci - stwierdził. Ustabilizowanie egzotycznych stanów materii pozwoli na ich tworzenie i badanie w laboratoriach.
Achim Rosch, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu w Kolonii, który opracował metodę wykorzystaną przez Schneidera wyjaśnia, że systemy stabilne w temperaturach poniżej zera absolutnego mogą zachowywać się w niezwykły sposób. Jego zdaniem atomy gazu, które w normalnych warunkach są ściągane w dół siłą grawitacji mogą, w ujemnych temperaturach, ignorować grawitację i poruszać się zawsze w górę. Niewykluczone również, że w ujemnej skali Kelvina można będzie badać ciemną energię.
Komentarze (15)
radar, 4 stycznia 2013, 14:12
Zdaje się, że całkiem niedawno neutrina poruszały się szybciej od światła o 60ns?
radar
Jarek Duda, 4 stycznia 2013, 14:30
Chodzi o zwykłą inwersję obsadzeń - że z jakichś powodów np. któryś stan wzbudzony jest bardziej obsadzony niż podstawowy, czyli w tej definicji w każdym laserze mamy "ujemną temperaturę". Ciekawe jest że tym razem dzieje się to z powodów entropijnych.
http://en.wikipedia.org/wiki/Negative_temperature
MarekMa, 4 stycznia 2013, 21:04
deko to dla mnie dziwne, bo o ile pamiętam to temperatura 0 K oznacza BEZRUCH atomów. Czyli co: przy "ujemnych" temperaturach w K mamy ujemne ruchy?
stefan_banach, 5 stycznia 2013, 10:22
W teorii, przyjęto punkt zera absolutnego,ale z tego co wiem zadna grupa badaczy go nie osiagnela
Na przykład w 1994 r. naukowcy z instytutu NIST otrzymali rekordowo niska temperaturę wynoszącą 700 nK (1 nK = 10−9 K). Dzięki użyciu laserowej techniki bezpośredniego pomiaru ruchu cząsteczek stwierdzono, że średnia prędkość atomów wynosiła wówczas 7 mm/s.
whiteresource, 5 stycznia 2013, 23:49
No tak, i to wedle teori kwantowej wcale nie musi być nic dziwnego. Dla przykłady aby cząstka elementarna wróciła na swoje miejsce, nie wystarczy obrócić ją o 360stopni - potrzeba natomiast obrotu o całe 720stopni! Tak to wygląda wedle teorii kwantowej:) Teraz już chyba łatwiej przyjąć "ujemne ruchy"
, prawda?
bartekp222, 6 stycznia 2013, 01:56
"atomy gazu, które w normalnych warunkach są ściągane w dół siłą grawitacji mogą, w ujemnych temperaturach, ignorować grawitację i poruszać się zawsze w górę."
Jeśli poruszają się w górę to działają przeciwnie do siły przyciągania, więc reagują (ujemnie) na grawitaję, jeśli ignorują grawitację to "nie widzą" w którą stronę ona przyciąga więc gdzie jest góra ?
MarekMa, 6 stycznia 2013, 08:08
Trochę generalizowałem - chodzi mi o to, że przy temperaturze 0 K energia potencjalna jest równa 0 a dowolny ruch wyklucza 0 po stronie energii potencjalnej. Obojętne z czego wynikają ruchy atomów NIE MOGĄ zachodzić przy energii równej 0
Pozdrawiam
Przemek Kobel, 7 stycznia 2013, 08:59
Jacek Duda podał link, który warto przeczytać. W skrócie, "ujemne" K dotyczy tylko pewnych przypadków, a ponadto stan ten odpowiada jednocześnie temperaturze wyższej niż jakakolwiek temperatura "dodatnia".
kretyn, 11 stycznia 2013, 00:38
Jakiś bigos teorii Ci wyszedł z tego wszystkiego. Przede wszystkim, 0 K nie oznacza brak energii w układzie. Jeżeli byśmy chcieli być bardziej skrupulatni to powinniśmy zacząć od definicji temperatury, która będzie się różnić od wielkości rozpatrywanego zbioru. Niemniej, zawsze określać będzie własności zbioru (co najmniej dwu elementowego) a nie pojedynczego ciała. W szczególności nie jest prawdą, że każdy element układu o temperaturze 0 K jest w bezruchu. Praktycznie na pierwszych zajęciach Mechaniki Kwantowej można się samodzielnie przekonać, że cząstki mają niezbywalną energię, która wprawia je w ciągłe drgania.
Także 0 K nie oznacza braku energii. Co więcej, nie jest mi nawet znany układ, który miałby zerową energię. Zawsze masz energie próżni, lokalne fluktuacje energii, spontaniczne kreacje i anihilacje cząstek i anty cząstek, czy po prostu znikome (ale zawsze!) oddziaływanie cząstek z innymi. Możliwe jest, że cały wszechświat, będąc układem odizolowanym, sumarycznie wzięty pod uwagę będzie miał zerową energię. Tylko wtedy jest pytanie od czego Wszechświat miałby właściwie być odizolowany... ?
W każdym razie, w skali mikroskopowej jest wieczna impreza i nikt nie przestanie tańczyć tylko dlatego że jest trochę zimniej ;-)
whiteresource, 11 stycznia 2013, 02:09
Po raz kolejny komentuję w tym wątku i być może po raz kolejny napiszę mało konkretnie. Ale skoro E=mc2 a chyba pamietacie doniesienie o tym jak niedawno spowolniono strumień elektronów w chmurze cząstek schłodzonych do ułamków Kelvina? W takim razie co E bliskie zero, c bliskie zero to w takim razie co? m bliskie nieskończoności, czy też zero??? a może jedno i drugie jednocześnie. No bo moment, skoro E jest praktycznie = 0 i c jest praktycznie = 0 to w takim razie za m można podstawić, praktycznie każdą wartość z zakresu ± ∞ (włączając zero) i wynik równania Einsteina bedzie ten sam? = 0 ?
Jajcenty, 11 stycznia 2013, 07:15
Jestem prawie pewien, że w słynnym E=mc2 ; c jest prędkością światła w próżni a nie w jakichś super egzotycznych kondensatach.
A z paradoksami to mamy do czynienia już na poziomie fotonów. Stworzenie bezmasowe a mające konkretną energię i pęd.
MarekMa, 11 stycznia 2013, 08:10
Przyjacielu CZYTAJ zanim odpowiesz : nie chodzi mi o CAŁĄ energię łącznie z wewnętrzną energią na poziomie kwantów a o energię POTENCJALNĄ czyli związaną z ruchem ATOMÓW i CZĄSTECZEK CHEMICZNYCH jako całości bo jakbyś wyhamował elektrony w atomach no to będzie śmiesznie
Rowerowiec, 11 stycznia 2013, 08:37
Co mogło by się stać przy zupełnym zastrzymaniu się atomow? Czy doszłoby do jakiegoś zapadnięcia się elektronów w jądro atomu?
Przemek Kobel, 11 stycznia 2013, 09:41
Że niby powstałyby neutrony?
kretyn, 19 stycznia 2013, 10:58
Widzę, że możesz mieć jakieś zaplecze wiedzy chemicznej, które tutaj w ogóle się nie przyda.
1. Temperatura 0 K nie implikuje, że energia potencjalna jest równa 0.
2. Schodząc do tak niskich temperatur pomijanie energii "na poziomie kwantów" (cokolwiek to znaczy, ale zakładam że najniżej obsadzone stany energetyczne) jest błędem.
3. Przy energii potencjalnej równej 0 obiekt będzie faktycznie w bezruchu, ale pod warunkiem, że wcześniej nie wykonywał żadnego ruchu.