دانشمندان سردترین ماده جهان را در آزمایشگاه ایجاد کردند!!
تصویر نشان میدهد که اتمهای ایتربیوم به دام افتاده در دمایی حدود 3 بیلیون برابر سردتر از فضای اعماق سرد شدهاند (اعتبار تصویر: استودیو الا مارو/ با احترام از K. Hazzard/دانشگاه رایس)
تیمی از محققان ماده را تا یک بیلیونیوم درجه صفر مطلق سرد کردهاند: سردتر از حتی عمیقترین اعماق فضا، دور از هر ستارهای.
فضای بین ستارهای هرگز به این سردی نمیرسد، زیرا به طور مساوی از پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) پر شده است، شکلی از تشعشعات باقی مانده از رویدادی که اندکی پس از انفجار بزرگ رخ داد، زمانی که جهان در مراحل اولیه خود بود. ماده سرد شده حتی سردتر از سردترین منطقه شناخته شده فضا، سحابی بومرنگ است که در فاصله 3000 سال نوری از زمین قرار دارد و دمای آن تنها یک درجه بالاتر از صفر مطلق است.
این آزمایش که در دانشگاه کیوتو در ژاپن اجرا شد و از فرمیونها استفاده شد، چیزی که فیزیکدانان ذرهای آن را هر ذرهای که ماده را تشکیل میدهد، از جمله الکترون، پروتون و نوترون مینامند. این تیم فرمیونهای خود – اتمهای عنصر ایتربیوم – را تا حدود یک بیلیونیوم درجه بالای صفر مطلق سرد کردند، دمای فرضی که در آن تمام حرکت اتمی متوقف میشود.
کادن هاززارد، محقق دانشگاه رایس که در این مطالعه شرکت کرد، در بیانیهای گفت: «مگر اینکه تمدن بیگانه در حال حاضر آزمایشهایی مانند این انجام دهد، هر زمان که این آزمایش در دانشگاه کیوتو اجرا میشود، سردترین فرمیونهای جهان را میسازد».
این تیم از لیزر برای خنک کردن ماده با محدود کردن حرکت 300000 اتم در یک شبکه نوری استفاده کرد. این آزمایش مدلی از فیزیک کوانتومی را شبیهسازی میکند که برای اولین بار در سال 1963 توسط فیزیکدان نظری، جان هابارد ارائه شد. مدل موسوم به هابارد به اتمها اجازه میدهد تا خواص کوانتومی غیرمعمول از جمله رفتار جمعی بین الکترونها مانند ابررسانایی (توانایی هدایت الکتریسیته بدون اتلاف انرژی) را نشان دهند.
هاززارد میگوید: «فیزیک واقعاً تغییر میکند. فیزیک شروع به مکانیک کوانتومیتر شدن میکند و به شما امکان میدهد پدیدههای جدیدی را ببینید.
تشعشعات “فسیلی” که فضا را گرم نگه میدارد
فضای بین ستارهای به دلیل وجود CMB هرگز نمیتواند به این سردی برسد. این تابش یکنواخت توسط یک رویداد در طول انبساط سریع اولیه کیهان، اندکی پس از انفجار بزرگ، به اصطلاح آخرین پراکندگی، ایجاد شد.
در طی آخرین پراکندگی، الکترونها شروع به پیوند با پروتونها کردند و اولین اتمهای سبکترین عنصر موجود یعنی هیدروژن را تشکیل دادند. در نتیجه تشکیل این اتم، جهان به سرعت الکترونهای شل خود را از دست داد و از آنجا که الکترونها فوتونها را پراکنده میکنند، جهان قبل از آخرین پراکندگی نسبت به نور مات بود. با اتصال الکترونها به پروتونها در اولین اتمهای هیدروژن، فوتونها میتوانند به طور ناگهانی آزادانه حرکت کنند و جهان را نسبت به نور شفاف کنند. آخرین پراکندگی همچنین آخرین لحظهای را نشان میدهد که در آن فرمیونها مانند پروتونها و فوتونها دمای یکسانی داشتند.
در نتیجه آخرین پراکندگی، فوتونها جهان را در دمای مشخصی 2.73 کلوین پر کردند که برابر با منفی 454.76 درجه فارنهایت (منفی 270.42 درجه سانتیگراد) است که فقط 2.73 درجه بالاتر از صفر مطلق – 0 کلوین یا منهای 459.67 درجه فارنهایت (منفی 459.67 درجه فارنهایت). 273.15 درجه سانتیگراد) است.
سحابی بومرنگ سردترین مکان جهان است (اعتبار تصویر: ESA/NASA)
یک منطقه در جهان شناخته شده وجود دارد، سحابی بومرنگ، ابری از گاز که ستاره ای در حال مرگ را در صورت فلکی قنطورس احاطه کرده است، که حتی سردتر از بقیه جهان است. ستارهشناسان بر این باورند که سحابی بومرنگ توسط گازهای سرد و در حال انبساط سرد میشود که توسط ستاره در حال مرگ در مرکز سحابی بیرون میریزد. اما حتی سحابی بومرنگ نیز نمیتواند با دمای اتم ایتربیوم در آخرین آزمایش رقابت کند.
تیم پشت این آزمایش در حال حاضر روی توسعه اولین ابزاری کار میکند که قادر به اندازهگیری رفتاری است که یک بیلیونیوم درجه بالاتر از صفر مطلق است.
هاززارد در پایان گفت: «این سیستمها بسیار عجیب و غریب و خاص هستند، اما امید این است که با مطالعه و درک آنها، بتوانیم اجزای اصلی را شناسایی کنیم که باید در مواد واقعی وجود داشته باشند.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Scientists create coldest matter in the universe in a lab
By Robert Lea
https://www.space.com/coldest-matter-in-universe-created-in-lab