Co jest najzimniejsze na świecie? - Lina Marieth Hoyos

Zobacz pełną lekcję tutaj: https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-coldest-thing-in-the-world-lina-marieth-hoyos

Najzimniejszy materiał na świecie nie znajduje się na Antarktyce ani na szczycie Everestu, tylko w laboratoriach fizycznych. To chmury gazów utrzymywane w temperaturze o ułamki stopnia powyżej zera absolutnego. Lina Marieth Hoyos wyjaśnia, jak tak niskie temperatury pomagają naukowcom zrozumieć wewnętrzne działanie materii, a inżynierom budować bardzo czułe instrumenty, dzięki którym lepiej rozumiemy wszechświat.

Lekcja: Lina Marieth Hoyos, animacja: Adriatic Animation.

Najzimniejszy materiał na świecie
nie znajduje się na Antarktyce.

Nie jest też na szczycie Everestu

ani w środku lodowca,

tylko w laboratoriach fizycznych.

To chmury gazów ułamki stopnia
powyżej zera absolutnego.

To 395 milionów razy zimniej od lodówki,

100 milionów razy zimniej
od ciekłego azotu,

i 4 miliony razy zimniej od kosmosu.

Tak niskie temperatury dają naukowcom
wgląd w wewnętrzne działanie materii

i pozwalają inżynierom budować
niesamowicie czułe narzędzia,

które dostarczają nam danych,

od dokładnej lokalizacji planet

aż po to, co się dzieje
w najdalszych zakątkach wszechświata.

Jak tworzy się tak niskie temperatury?

W skrócie - przez spowolnienie
ruchu cząsteczek.

Gdy mówimy o temperaturze,
tak naprawdę mamy na myśli ruch.

Atomy, z których składają się ciała stałe,

ciecze,

oraz gazy

cały czas są w ruchu.

Kiedy atomy poruszają się szybciej,
odczuwamy to jako ciepło.

Kiedy poruszają się wolniej,
odczuwamy to jako zimno.

By schłodzić gorący przedmiot lub gaz

umieszczamy go w chłodnym środowisku,
na przykład w lodówce.

Część ruchu atomów gorącego przedmiotu
przenosi się do otoczenia

i dzięki temu się schładza.

Ale istnieje pewna granica.

Nawet kosmos jest za ciepły,
by stwarzać ultra niskie temperatury.

Naukowcy wymyślili więc sposób,
by spowalniać atomy bezpośrednio

- za pomocą lasera.

W większości wypadków

energia lasera zwiększa temperaturę.

Ale użyta w szczególny sposób

wiązka lasera może zatrzymać
ruch atomów, schładzając je.

Takie urządzenie nazywamy
pułapką magneto-optyczną.

Atomy są umieszczane w komorze próżniowej,

a pole magnetyczne przyciąga je do środka.

Wiązka lasera wycelowana w środek komory

ma odpowiednią częstotliwość,

dzięki czemu atom
pochłania jej foton i zwalnia.

Spowolnienie jest efektem przekazania pędu

między atomem a fotonem.

Sześć prostopadłych
wiązek lasera zapewnia,

że wiązka napotka atom,
niezależnie od kierunku ruchu.

W środku, gdzie spotykają się wiązki,

atomy poruszają się powoli,
jakby uwięzione w gęstej cieczy.

Nazywamy ten efekt "melasą optyczną".

Magneto-optyczna pułapka umie

schłodzić atomy do kilku mikrokelwinów,

czyli około -273 stopni Celsjusza.

Technika została odkryta
w latach 80. XX wieku,

a naukowcy,
którzy przyczynili się do odkrycia,

otrzymali nagrodę Nobla
w dziedzinie fizyki w 1997 roku.

Później schładzanie laserem udoskonalono,
by osiągać jeszcze niższe temperatury.

Ale po co tak bardzo schładzać atomy?

Po pierwsze, zimne atomy
są świetnymi wykrywaczami.

Mając tak mało energii,

są niesamowicie czułe
na wahania w środowisku.

Używa się ich w urządzeniach
wykrywających złoża oleju i minerałów.

Można ich też użyć
jako dokładnych zegarów atomowych,

stosowanych w satelitach nawigacyjnych.

Po drugie, schłodzone atomy,
mają ogromny potencjał

w badaniu rubieży fizyki.

Ich czułość sprawia, że nadają się

do wykrywania
fal grawitacyjnych w kosmosie.

Są też przydatne w badaniu
zjawisk atomowych i cząstek elementarnych,

wymagających mierzenia
niewielkich wahań energii atomów,

niewykrywalnych w normalnej temperaturze,

kiedy atomy mają prędkość
setek metrów na sekundę.

Schładzanie laserem może spowolnić atomy
do kilku centymetrów na sekundę,

wystarczająco, by zjawiska kwantowe
były dobrze widoczne.

Ultrazimne atomy pozwoliły
naukowcom zbadać zjawiska

takie jak kondensat Bosego-Einsteina,

w którym atomy są schłodzone
prawie do zera absolutnego

i przechodzą w rzadki nowy stan materii.

W poszukiwaniu zrozumienia praw fizyki

i rozwiązania zagadki wszechświata

naukowcy skorzystają z pomocy
bardzo zimnych atomów.