Какое самое холодное вещество в мире?

Посмотреть урок полностью: https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-coldest-thing-in-the-world-lina-marieth-hoyos

Самые холодные вещества в мире не в Антарктиде и не на вершине Эвереста. Они в лабораториях физиков — это газовые облака, температура которых лишь на доли градуса выше абсолютного ноля. Лина Мариет Хойос объясняет, как такие низкие температуры позволяют учёным исследовать строение веществ, а инженерам — создавать высокочувствительные инструменты, позволяющие нам узнавать больше о вселенной.

Урок — Лина Мариет Хойос, анимация — «Адриатик Анимейшн».

Самые холодные вещества в мире
не в Антарктиде,

не на вершине Эвереста

и не в недрах ледника.

Они в лабораториях физиков,

это газы, имеющие температуру
едва выше абсолютного ноля.

Это в 395 миллионов раз холоднее,
чем в холодильнике,

в 100 миллионов раз холоднее,
чем жидкий азот,

и в 4 миллиона раз холоднее
космического пространства.

Такие низкие температуры позволяют учёным
исследовать строение веществ,

а инженерам — создавать
высокочувствительные инструменты,

которые позволяют нам узнавать
больше обо всём —

от нашего точного
местонахождения на планете

до происходящего
в дальних уголках вселенной.

Как создать такую
экстремальную температуру?

Если коротко, то путём замедления
движущихся частиц.

Говоря о температуре, мы на самом деле
говорим о движении.

Атомы, из которых состоят
твёрдые вещества,

жидкости

и газы,

находятся в постоянном движении.

Когда атомы движутся быстро,
вещество кажется горячим,

когда медленно — холодным.

В повседневной жизни для того,
чтобы охладить предмет или газ,

мы помещаем его в более холодную среду,
например холодильник.

Движение атомов передаётся
окружающей среде,

и предмет охлаждается.

Но этому есть предел:

даже в космосе слишком тепло
для создания ультранизких температур.

Поэтому учёные нашли способ
замедлять атомы напрямую —

лазерным лучом.

В большинстве случаев

энергия лазерного луча нагревает вещества,

но есть способ, при котором

эта энергия может замедлять атомы,
охлаждая их.

Это происходит
в магнито-оптической ловушке.

Атомы помещаются в вакуумную камеру,

и магнитное поле притягивает их к центру.

Луч лазера, направленный в центр камеры,

имеет частоту, при которой

атом поглощает фотон луча и замедляется.

Эффект замедления происходит
из-за переноса энергии

между атомом и фотоном.

Шесть лучей, пересекающихся перпендикулярно,

захватывают атомы независимо
от направления движения.

В центре, месте пересечения лучей,

атомы двигаются медленно,
как будто увязли в жидкости.

Этот эффект учёные назвали
«оптическая патока».

Такая магнито-оптическая ловушка

может остужать атомы
до нескольких микрокельвинов —

около –273 градусов Цельсия.

Этот метод был разработан в 1980-х годах,

а учёные, работавшие над ним,

получили в 1997 году
Нобелевскую премию по физике.

Метод был усовершенствован и сейчас
позволяет опускать температуру ещё ниже.

Почему важно охлаждать атомы так сильно?

Во-первых, холодные атомы —
хорошие детекторы.

Имея очень мало энергии,

они чувствительны к колебаниям в среде,

что позволяет использовать их при поиске
нефти и полезных ископаемых.

Также они используются
в высокоточных атомных часах,

таких, как в спутниках GPS.

Во-вторых, холодные атомы обладают
мощным потенциалом

расширить возможности физики.

Сверхчувствительность может
позволить применять их

для регистрации гравитационных волн
в детекторах в космосе.

Также они помогают изучать атомные
и субатомные явления,

что требует измерения
очень слабых колебаний энергии атомов.

Эти колебания невозможно замерить
при обычной температуре,

когда атомы движутся со скоростью
сотен метров в секунду.

Лазер замедляет их скорость
до нескольких сантиметров в секунду,

чего достаточно для того, чтобы атомные
квантовые эффекты стали видимыми.

Ультрахолодные атомы
уже позволили учёным изучать явления

вроде конденсации Бозе-Эйнштейна,

когда атомы охлаждаются почти
до абсолютного ноля

и переходят в новое редкое
состояние вещества.

Таким образом, для того,
чтобы понять законы физики

и разгадать тайны вселенной,

учёным понадобятся её
самые холодные атомы.