Абсолютный нуль температуры практически достигнут: не хватило 0,000000005 К

Физики из Массачусетского технологического института охладили молекулы вещества до температуры 500 нанокельвинов (0,000000005 К), тем самым вплотную приблизившись к минимально возможной температуре вещества во Вселенной - абсолютному нулю.Абсолютный нуль температуры составляет -273,15°C, это минимально возможная температура, которую только может иметь какое-либо физическое тело либо его отдельные молекулы. Правда, на практике подобная отметка считается недостижимой, так как это будет означать полное прекращение хаотического движения элементарных частиц, следовательно энергия теплового движения материи должна снизиться до ноля.

Проще говоря, к абсолютному нулю можно только приблизиться, но не достичь его, по крайней мере такая точка зрения считается общепризнанной. Тем не менее, ученые не покидают попыток достичь этого лимита или максимально приблизиться к нему. В первую очередь их умы будоражит вопросы: В каком состоянии будет находиться материя при сверхнизких температурах? Как будут вести себя элементарные частицы: полностью прекратится ли хаотическое движения либо они будут подвержены нулевым колебаниям, предсказанным квантовой теорией поля?

Группа ученных под руководством Мартина Цвирляйна подошла к исследованию довольно серьезно. Первым вызовом стал поиск и формирование сколько-нибудь устойчивой молекулы, частицы которой будут неохотно идти на контакт друг с другом. Выбор пал на соединение натрия и калия, которые в нормальных условиях никогда не образуют соединения (оба элемента имеют низкую электроотрицательность и стремятся отдавать электроны).

Молекулы NaK были получены при помощи высокоточных лазерных установок. Изначально были испарены облака лишних атомов, после чего оставшееся вещество было охлаждено лазером. Упорно не хотевшие сближаться друг с другом, атомы натрия и калия объединились в одну молекулу с помощью направленного воздействия магнитного поля. Последующее охлаждение полученной молекулы NaK производили парой других лазеров: первому задали частоту, соответствующую тепловому (колебательному) движению частиц молекулы в нормальном состоянии, второму - минимально возможную частоту. В такой хитрый способ физики добились поглощения веществом энергии второго лазера и мгновенного излучения этой энергии на первый, в результате чего было достигнуто крайне низкое энергетическое состояние соединения, соответственно снизилась и температура.

При температуре 0,000000005 Кельвина молекулы демонстрировали стабильность и статичность, ни о каких взаимодействиях друг с другом не шло даже и речи. Однако интересно, что электрический дипольный момент был у них достаточно сильным. Время жизни соединения составило 2,5 секунды, после чего оно распалось на атомы.

Напомним, это достижение перекрыло рекорд команды из Йельского университета, которая в августе 2014 смогла охладить соединение монофторида стронция (SrF) до 0,0025 Кельвинов.

Подробнее с результатами нового исследования можно ознакомиться в журнале Physical Review Letters. Кстати, на достигнутом ученые останавливаться не планируют и обещают достичь еще более низких температур.