德國物理學家通過量子氣體自由落體實驗創造有史以來最低的溫度

據外媒New Atlas報道,德國物理學家創造了有史以來最低的溫度–比絕對零度高38萬億分之一攝氏度。這個奇怪的實驗涉及到投放量子氣體,並通過開關磁場使其原子幾乎完全靜止。

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絕對零度約為-273.15°C(-459.67°F),是熱力學尺度上可能的最低溫度,代表着完全沒有原子運動或熱量的點。然而,科學家們不可能達到這一標準,因為我們不可能從一個系統的原子中消除所有的動能。

但科學家們一直都很接近–幾年前,哈佛大學的一個團隊研究了有史以來最冷的化學反應,溫度為500納開爾文(比絕對零度僅高五百萬分之一攝氏度)。而國際空間站上的冷原子實驗室在僅為100納克爾文的溫度下進行了實驗。

但是這些溫度與新研究中取得的溫度相比是溫和的。一個德國團隊現在記錄的有效溫度僅為38皮開爾文,比絕對零度高38萬億分之一攝氏度。

為了做到這一點,研究人員從一個由10萬個銣原子組成的雲開始,將其困在一個真空室的磁場中。然後他們將其冷卻,形成一種被稱為玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC)的量子氣體,在那裡原子開始像一個大原子一樣行動,允許奇怪的量子效應在宏觀尺度上變得可見。

然而,比絕對零度高20億分之一攝氏度的溫度下,這還不夠冷。因此,研究小組在Bremen Drop Tower研究設施進行了一次實驗,將BEC“陷阱”扔到120米(393.7英尺)的地方。在自由落體過程中,研究小組反覆關閉和開啟含有氣體的磁場。

當磁場關閉時,氣體開始膨脹,而當它被重新打開時,氣體又被迫收縮。這種切換使氣體的膨脹幾乎減緩到完全停止,而減少這種分子速度可以有效地降低溫度。雖然該實驗只設法實現了這一破紀錄的溫度長達兩秒鐘,但模擬顯示,在失重環境中,如在衛星上,應該有可能保持長達17秒。

該研究發表在《物理評論快報》雜誌上。

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上一篇 2021-09-10 14:41
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