В эксперименте удалось получить устойчивую температуру ниже абсолютного нуля

В эксперименте удалось получить устойчивую температуру ниже абсолютного нуля

В стране и миреНаука и техника
Когда полтора века назад лорд Кельвин определял абсолютный нуль, он понимал под ним температуру, ниже которой просто не может быть. Примерно через сто лет после этого, в 1950-х, было обнаружено, что это не вполне так.

По сути, измеренная температура отражает среднюю энергию тех отдельных атомов или молекул, которые учитывались при данном измерении. В обычных средах большинство частиц имеет низкую энергию, в то время как меньшинство характеризуется высокой. При повышении температуры доля атомов/молекул с высокой энергией увеличивается и в идеале (при температурах порядка планковской и выше) становится равной 100%.

Однако с точки зрения квантовой физики это не совсем так, и по крайней мере для некоторых систем возможно и достижение огромных температур, и, при последующем нагреве, падение их до отрицательных (по шкале Кельвина).

Обычно распределение энергий частиц в газе описывается статистикой Максвелла — Больцмана. Однако некоторое время назад теоретикам удалось показать, что распределение энергий частиц в ряде систем может быть обратным, то есть большинство частиц будет характеризоваться высокой энергией и лишь меньшинство — низкой. Именно тогда вещество будет обладать отрицательной абсолютной температурой.

Группе германских физиков под руководством Ульриха Шнайдера (Ulrich Schneider) из Мюнхенского университета Людвига — Максимилиана удалось при помощи лазеров охладить атомы калия в вакууме почти до абсолютного нуля. Тем не менее, как это обычно бывает, полного нуля не получилось, и, поскольку температура всё ещё была положительной, хотя и низкой, атомы отталкивались друг от друга. Затем эти атомы были подвергнуты воздействию магнитного поля, при помощи которого удалось заставить их притягиваться друг к другу. Таким образом, они одномоментно перешли с низкого энергетического уровня на высокий, однако воздействие лазерных лучей специальных ловушек не давало им начать хаотичное движение, повышая температуру (которая определятся хаотичностью движения частиц, а не их энергией) и энтропию в среде.

Увы, пока столь тонкий эксперимент удаётся учёным лишь в некоторой степени: ниже абсолютного нуля получилось продвинуться только на несколько миллиардных градуса. И всё-таки это достижение следует оценивать чрезвычайно высоко: в такой среде энтропия при переходе атомов на более высокий энергетический уровень формально не росла, а падала. Как будто этой экзотики было мало, расчёты показали, что если при температурах выше 0 К атомы притягиваются гравитацией Земли вниз, то даже при 0,000000001 К как минимум часть из них не должна быть подвержена гравитации Земли (и любой другой): в гравитационном поле такие атомы могут двигаться вверх.

Другим интересным моментом стало то, что поведение этих атомов калия (облачка сверххолодного квантового газа) напоминает гипотетическую тёмную энергию, обеспечивающую ускоряющееся расширение Вселенной, несмотря на гравитационное взаимодействие между материей в ней.

Хотя частные проявления отрицательных абсолютных температур уже демонстрировались, рассматриваемый эксперимент пока является наиболее крупным и успешным опытом такого рода.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Nature News.


Фото /2

1
2
Подписывайтесь на наш Telegram, чтобы быть в курсе самых важных новостей. Для этого достаточно иметь Telegram на любом устройстве, пройти по ссылке и нажать кнопку Join.
Александр Березин
computerra.ru

Комментарии /6

11:3610-01-2013
 
 
Читатель
пойду поем

12:0510-01-2013
 
 
Basil
Бывает.
Бывают у человеков разные виды невменяемости...
.
А публиковать то это зачем ?..

12:2210-01-2013
 
 
Читатель
Забавно, эт статься для кого интересно?))

12:2310-01-2013
 
 
Арийский гомофоб
Довольно интересная новость. Антгравитация и квантовые комьютеры.

12:3410-01-2013
 
 
ы
а интересно тем, что скоро космические корабли можно будет разогнать больше скорости света...вот

12:3610-01-2013
 
 
Читатель
че тут опять про заговор евреев пишут раз Basil нарисовался

После 22:00 комментарии принимаются только от зарегистрированных пользователей ИРП "Хутор".

Авторизация через Хутор:



В стране и мире