Kaj je najhladnejša stvar na svetu? - Lina Marieth Hoyos

Ogled celotne lekcije: https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-coldest-thing-in-the-world-lina-marieth-hoyos

Najhladnejše snovi na svetu niso na Antarktiki. Niso na vrhu Mount Everesta ali zakopane v ledenik. Najdemo jih v fizikalnih laboratorijih: so oblaki plinov, ki jih ohranjajo le delček stopinje nad absolutno ničlo. Lina Marieth Hoyos razloži, kako tako nizke temperature dajejo znanstvenikom vpogled v notranje delovanje snovi in omogočijo inženirjem, da sestavijo izjemno občutljive instrumente, ki nam povedo več o vesolju.

Lekcija Lina Marieth Hoyos, animacija Adriatic Animation

Najhladnejše snovi na svetu
niso na Antarktiki.

Niso na vrhu Mont Everesta

ali zakopane v ledenik.

So v fizikalnih laboratorijih:

so oblaki plinov, ki jih ohranjajo le
delček stopinje nad absolutno ničlo.

To je 395-milijonkrat hladneje
kot vaš hladilnik,

100-milijonkrat hladneje kot tekoči dušik

in 4-milijonkrat hladneje kot vesolje.

Tako nizke temperature dajo znanstvenikom
vpogled v notranje delovanje snovi

in omogočijo inženirjem, da sestavijo
izjemno občutljive instrumente,

ki nam povedo več o vsem

od našega točnega položaja na planetu

do tega, kaj se dogaja v najbolj
oddaljenih kotičkih vesolja.

Kako pa ustvarimo tako
ekstremne temperature?

Na kratko, tako da upočasnimo
premikajoče se delce.

Ko govorimo o temperaturi,
v resnici govorimo o gibanju.

Atomi, ki so gradniki trdnih snovi,
tekočin in plinov

se nenehno premikajo.

Ko se atomi snovi premikajo hitreje,
dojemamo snov kot vročo.

Ko se premikajo počasneje,
jo dojemamo kot hladno.

Da ohladimo vroč predmet ali plin
v vsakdanjem življenju,

ga postavimo v hladnejše okolje,
na primer v hladilnik.

Nekaj gibanja atomov v vročem predmetu
se prenese v okolje

in predmet se ohladi.

Ampak pri tem obstaja omejitev.

Celo vesolje je pretoplo, da bi
ustvarilo ultra nizke temperature.

Namesto tega so se znanstveniki spomnili
načina, da atome upočasnijo neposredno -

z laserskim žarkom.

Pod običajnimi pogoji

energija v laserskem žarku stvari segreje.

Ampak če jo uporabimo zelo natančno,

lahko žarkova gibalna količina ovira
premikajoče se atome in jih ohlaja.

To se zgodi v napravi, ki ji rečemo
magnetno-optična past.

Atomi so vstavljeni v vakuumsko komoro,

kjer jih magnetno polje
vleče proti središču.

Laserski žarek, namerjen v sredo komore,

je nastavljen na ravno pravo frekvenco,

da bo atom, ki se premika proti njemu,
iz žarka absorbiral foton in se upočasnil.

Učinek upočasnitve izhaja iz
prenosa gibalne količine

med atomom in fotonom.

Šest žarkov, razporejenih pravokotno,

poskrbi, da bodo prestreženi atomi,
ko potujejo v kateri koli smeri.

V središču, kjer se žarki stikajo,

se atomi premikajo počasi, kot da bi bili
ujeti v gosto tekočino.

To je učinek, ki so ga njegovi izumitelji
opisali kot "optična melasa".

Takšnale magnetno-optična past

lahko ohladi atome na samo
nekaj mikrokelvinov:

to je približno -273 stopinj Celzija.

To tehniko so razvili v osemdesetih

in znanstveniki, ki so
pri projektu pomagali,

so za svoje odkritje dobili leta 1997
Nobelovo nagrado za fiziko.

Od takrat so lasersko hlajenje izboljšali,
da zdaj dosegajo še nižje temperature.

Ampak zakaj bi sploh želeli
atome tako zelo ohladiti?

Prvič, hladni atomi zelo dobro zaznavajo.

S tako malo energije

so izredno občutljivi na nihanja v okolju.

Uporabljajo se torej v napravah, ki iščejo
podzemna nahajališča nafte in mineralov,

in pa tudi v izjemno natančnih
atomskih urah,

kot tistih, ki jih najdemo
v GPS satelitih.

Drugič, hladni atomi imajo
izreden potencial

za preizkušanje meja fizike.

Zaradi izredne občutljivosti
se lahko uporabljajo

za zaznavanje gravitacijskih valov
v prihodnjih detektorjih v vesolju.

Ravno tako so uporabni za preučevanje
atomskih in subatomskih pojavov,

kar zahteva merjenje izjemno majhnih
nihanj v energiji atomov.

Ta se spregledajo
pri normalni temperaturi atomov,

ko atomi brzijo naokrog s hitrostjo
več sto metrov na sekundo.

Lasersko hlajenje lahko atome upočasni
do le nekaj centimetrov na sekundo -

dovolj, da postane očitno tisto gibanje,
ki ga povzročijo atomski kvantni efekti.

Ultrahladni atomi so znanstvenikom že
omogočili študij pojavov,

kot je Bose-Einsteinovo kondenzacija,

v kateri se atomi ohladijo skoraj
do absolutne ničle

in zavzamejo redko novo agregatno stanje.

Medtem, ko se raziskovalci trudijo,

da bi razumeli fizikalne zakone
in razkrili skrivnosti vesolja,

jim bodo pri tem pomagali
najhladnejši atomi, ki v vesolju obstajajo.