Mi a leghidegebb dolog a világon? - Lina Marieth Hoyos

Nézd meg a teljes leckét itt: https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-coldest-thing-in-the-world-lina-marieth-hoyos

A leghidegebb anyagok a világon nem az Antarktiszon vannak vagy a Mount Everest csúcsán. A fizika laboratóriumokban vannak: gázfelhők, amelyek az abszolút zéró fölött csak egy töredéknyivel vannak. Lina Marieth Hoyos elmagyarázza, hogy az ilyen alacsony hőmérséklet hogyan enged betekintést a tudósoknak az anyag belső működésébe, és hogyan teszi lehetővé a mérnököknek, hogy hihetetlenül érzékeny műszereket állítsanak elő, amelyek több dolgot is elárulnak a világunkról.

Lina Marieth Hoyos leckéje, Adriatic Animation animációja

A leghidegebb anyagok a világon
nem az Antarktiszon vannak.

Nem a Mount Everest csúcsán

vagy egy gleccser mélyén,

hanem fizikai-laboratóriumokban:

hajszálnyival az abszolút nulla fölött
tartott gázfelhők.

Ez 395 milliószor hidegebb,
mint a hűtőnk.

100 milliószor hidegebb,
mint a folyékony nitrogén,

és 4 milliószor hidegebb,
mint a világűr.

Ez az alacsony hőmérséklet
ablakot nyit a tudósoknak

az anyagok belső működésének
megismeréséhez

és a mérnökök ezáltal hihetetlenül
érzékeny műszereket építhetnek,

amelyek sokkal többet
árulnak el mindenről,

kezdve pontos helyzetünkről a földön,
egésze addig,

hogy mi történik az univerzum
legtávolabbi pontján.

Hogyan állítunk elő ennyire
extrém hőmérsékleteket?

Röviden, a mozgásban lévő részecskék
lelassítása által.

Amikor hőmérsékletről beszélünk,
valójában mozgásról beszélünk.

Az atomok, amelyek a szilárd anyagokat,

a folyadékokat és gázokat alkotják,

folyton mozgásban vannak.

Amikor az atomok gyorsabban mozognak,
az anyagot forrónak érzékeljük.

Amikor lassabban, akkor hidegnek.

Hogy a mindennapi életben
egy forró tárgyat vagy gázt lehűtsünk,

betesszük egy hidegebb környezetbe,
mint például egy hűtőbe.

A meleg tárgy atomi mozgásainak
egy része átadódik a környezetnek,

ezért lehűl.

De van ennek egy határa:

még a világűr is túl meleg ahhoz,
hogy ultra alacsony hőfokot érjünk el.

Ezért a tudósok kitaláltak egy módszert
az atomok közvetlen lelassítására -

lézersugárral.

Legtöbbször

a lézersugár energiája
felmelegíti a dolgokat.

De ha nagyon pontosan használják,

a sugár hajtóereje leállíthatja az atomok
mozgását, ezáltal lehűtve őket.

Ez történik abban a szerkezetben, amelyet
mágneses optikai csapdának nevezünk.

Az atomokat bejuttatják
egy vákuumkamrába,

ahol egy mágneses mező
a középpont felé vonzza őket.

A kamra közepére irányított lézersugár

épp a megfelelő frekvenciára van
hangolva úgy,

hogy felé haladó atom felveszi
a lézersugár fotonját és lelassul.

A lelassulás az atom és foton közötti

momentumátvitelből származik.

Összesen hat sugár egymásra
merőlegesen elrendezve biztosítja,

hogy az atomok bármely
irányból is jönnek, be legyenek fogva.

A középpontban, ahol a sugarak
metszik egymást,

az atomok lomhán mozognak,
mintha sűrű folyadékban lennének -

a kutatók, akik ezt kifejlesztették,
a hatást "optikai melasz"-nak nevezik.

Egy ilyen mágneses optikai csapda

képes az atomokat
néhány mikrokelvinre --

kb. -273 Celsius fokra lehűteni.

Ezt a technikát 1980-as években
fejlesztették ki,

és a tudósok, akik közreműködtek,

1997-ben Nobel-díjat kaptak
felfedezésükért.

Azóta a lézerhűtést továbbfejlesztették,
hogy alacsonyabb hőmérsékletet érjenek el.

De miért akarnánk az atomokat
ennyire lehűteni?

Először is, a hűtött atomok segítségével
kiváló detektorokat lehet készíteni.

Ha az atom energiaszintje kicsi,

hihetetlenül érzékeny
a környezeti változásokra.

Ezt felhasználják föld alatti olaj- és
ásványlelőhelyeket kereső eszközökben,

és nagyon pontos atomórákban,

mint amilyenek a helyzetmeghatározó
műholdakban vannak.

Másodszor, a hideg atomok
óriási lehetőséget adnak

a fizika határainak vizsgálatánál.

Extrém érzékenységük
tökéletes jelöltté teszi őket

a gravitációs hullámok vizsgálatánál
a jövőbeni űr-bázisú detektorokban.

Hasznosak továbbá az atomi
és szubatomi jelenségek vizsgálatánál,

ahol az atomok energiájának
hihetetlen apró ingadozását kell mérni.

Normál hőmérsékleten
nem érzékelhetők ezek az ingadozások,

amikor az atomok sebessége
több száz méter per másodperc.

A lézerhűtés az atomot csupán
pár cm/s-re lelassítja -

ahol az atomi kvantumkölcsönhatás
okozta mozgás megfigyelhetővé válik.

Az ultra hideg atomok már lehetővé tették,
hogy a tudósok tanulmányozzanak

olyan jelenségeket,
mint a Bose-Einstein kondenzáció,

amelyben az abszolút nulla közelébe
lehűtött atomok

egy ritka, új halmazállapotba kerülnek.

Tehát a fizika törvényeinek megértésére

és az univerzum rejtélyeinek megfejtésére
irányuló kutatásaik során

a leghidegebb atomok
segítségét fogják igénybe venni.