Ən soyuq temperatur rekordu: kosmosda 10 pikokelvin

İndiyədək qeydə alınan ən soyuq temperatur nədir?

İndiyədək bildirilən ən soyuq temperatur 9,7 pikokelvinlik ekvivalent temperaturdur; o, Çinin kosmik stansiyasında əldə edilib və 5 noyabr 2026-cı ildə Science jurnalında dərc olunub ^[1][2]. Pikokelvin kelvinin trilyonda biridir, yəni atomlar mütləq sıfırdan onuncu trilyonda bir dərəcədən də az yuxarıda idi ^[2].

“Kosmosda 10 pikokelvindən aşağı kvant qazları” adlı elmi məqalədə 2,0 × 10^4, yəni 20.000 atomdan ibarət Boze-Eynşteyn kondensatı (BEK) təsvir olunur; bu kondensat 7,0 saniyəlik sərbəst genişlənmə müddəti ilə həmin ekvivalent temperatura çatıb ^[1]. Komanda rubidium atomlarından istifadə edib ^[2][3].

Science-in xəbərində deyilir ki, nəticə indiyədək əldə edilmiş ən aşağı temperaturu dörd dəfə azaldıb ^[2]. 2021-ci ildə əvvəlki rekordu qeydə alan komandanın rəhbəri, Hannover Leybnis Universitetinin kvant fiziki Ernst Rasel Science-ə belə deyib: “Alimləri təbrik edirəm. Çox təsirlənmişəm” ^[2].

Bir çox başlıqlarda rəqəm 10 pikokelvinə qədər yuvarlaqlaşdırılır. Mediada hər iki rəqəm yer alır: məqalədə 10 pK-dən aşağı göstərilir, Science-in müxbiri isə atomların son sürətlərini təxminən 10 pK-ə ekvivalent kimi təsvir edir ^[1][2].

10 pikokelvin kosmosun temperaturu ilə müqayisədə nə qədər soyuqdur?

Astronomların bildiyi təbiətdəki hər şeydən qat-qat soyuqdur. Boş kosmos kosmik mikrodalğalı fon şüalanması ilə doludur və NASA onu təxminən 2,725 kelvin ölçür ^[5]. 2,725 K-i 9,7 pK-yə böldükdə məlum olur ki, Kainatın fon şüalanması Tiangongdakı atomlardan təxminən 280 milyard dəfə istidir.

Mütləq sıfır, yəni 0 kelvin, mənfi 273,15 °C və ya mənfi 459,67 °F-dir ^[4]. Bu şkalalarda yeni rekord mütləq sıfırdan fərqlənmir; fiziklərin kelvindən və onun çox kiçik hissələrindən istifadə etməsinin səbəbi də budur:

• Nanokelvin (nK): kelvinin milyardda biri. İlk BEK təcrübələri təxminən 100 nK-ə çatmışdı ^[2].
• Pikokelvin (pK): kelvinin trilyonda biri. Kosmik təcrübələr indi bu diapazondadır ^[1][2].

Dəqiq sıfıra çatmağın mümkünsüz olduğu hesab edilir. Live Science-in müsahibə apardığı fizik Saibal Mitra izah edib ki, termodinamikanın üçüncü qanununun bir variantına görə, mütləq sıfıra çatmaq üçün sonsuz sayda addım lazım olardı ^[4].

Alimlər 10 pikokelvinə necə çatdı?

Rubidium atomlarını mikroqravitasiyada lazerlərlə tutub, ən isti atomların qaçmasına icazə verməklə, qalanların isə yumşaq şəkildə yayılmasına imkan verməklə ^[2][3]. Science-in təsvirinə görə, addımlar bunlar olub ^[2]:

1. Tutma: təxminən 2 milyon rubidium atomu iki güclü lazer şüasının kəsişdiyi yerdə yaranan, eni 54 mikrometr olan daxili optik tələdə saxlanılıb. Lazerlər 5 vatt gücündə işləyib.
2. Buxarlandırma: güc 0,2 milivatta qədər azaldılıb və daha enerjili atomlar qaçıb. Qalan 20.000 atom 3 nK-ə qədər soyuyub.
3. Genişləndirmə: atomların yayılmasına imkan verilib, onlar eni 124 mikrometr olan daha geniş tələyə keçib və bu, qarşılıqlı təsirin gücünü azaldıb. Sonda atomlar saniyədə 100 mikrometrdən az sürətlə hərəkət edib.

“Atomların sayını eyni saxlayırıq. Yalnız qarşılıqlı təsir enerjisi dəyişir”, - deyə cihazın baş elmi rəhbəri, Pekin Universitetindən Xuzong Chen bildirib ^[2]. Şanxay Optika və Dəqiq Mexanika İnstitutu əlavə edir ki, optik tələdə buxarlandırma ilə soyutma mikroqravitasiyada o qədər də yaxşı işləmir, buna görə komanda kondensat almaq üçün əlavə maqnit qradiyentindən istifadə edib ^[3].

Cihaz stansiyanın 2022-ci ildə buraxılmış Mengtian laboratoriya modulunda yerləşən Soyuq Atom Fizikası Rəfidir ^[2][3]. İnstitut bildirir ki, onun hazırlayıcıları təxminən 20 kub metr həcmli və 10 ton çəkili yerüstü sistemi təxminən 0,7 kub metr həcmli və yarım ton çəkili uçuş cihazına qədər kiçiltməyi bacarıb ^[3].

9,7 pikokelvin həqiqi temperaturdur?

Bu, atomların nə qədər yavaş hərəkət etdiyini təsvir edən ekvivalent temperaturdur, termometrdə oxunan göstərici deyil ^[3]. Şanxay institutu bildirir ki, 9,7 pK göstəricisi “atomların son dərəcə yavaş genişlənməsini səciyyələndirir” və avadanlığın ya ətrafın eyni temperatura çatdığını göstərmir ^[3].

Elmi məqalənin özündə “ekvivalent temperatur” ifadəsi işlədilir ^[1]. Alimlər onu buraxılmış atom buludunun nə qədər sürətlə yayıldığına əsasən qiymətləndirir; yavaş yayılma aşağı enerji deməkdir ^[2][3]. Science son sürətləri saniyədə 100 mikrometrdən az kimi göstərir ^[2]. Phys.org-un məqalə haqqında xəbərində 9,7 pK dəyəri ətrafında 7,0-dan 12,9 pK-yə qədər qeyri-müəyyənlik aralığı verilir ^[7].

Rekordları müqayisə edərkən bu fərq vacibdir. 38 pK-lik əvvəlki rekord və NASA-nın 52 pK-si də buludun nə qədər sürətlə genişləndiyindən çıxarılan effektiv temperaturlardır; təcrübələrin metodu fərqli olsa da, müqayisə eyni kəmiyyətlər arasında aparılır ^[2][6][7]. Soyuducunun, planetin və ya dərin kosmosun temperaturu ilə müqayisə miqyası təsəvvür etmək üçün faydalıdır, lakin dəqiq fizika deyil.

Rekord nə üçün Yerdə yox, kosmosda qırıldı?

Cazibə qüvvəsi ultrasoyuq atomları aşağı çəkir, bu da alimləri onları daha güclü tələlərdə saxlamağa məcbur edir və atomlar daha isti qalır ^[2][3]. Science izah edir ki, cazibə atomları onları saxlayan sahələrə sıxır və temperaturu yüksəldir ^[2]. Orbitdə tələni daha zəif etmək və atomları daha uzun müddət müşahidə etmək mümkündür ^[3].

2001-ci il Nobel mükafatçısı, MIT fiziki Volfqanq Ketterle yeddi saniyəlik müşahidənin əhəmiyyətini belə izah edib: “Yerdə o, təxminən 250 metr düşərdi, yəni hündürlüyü 250 metr olan vakuum kamerası olmasa, əslində yerə çırpılardı” ^[3].

Cazibədən qaçmaq üçün əvvəlki cəhdlərə atom çiplərinin qüllələrdən atılması və suborbital raketlərlə uçurulması daxil idi ^[2]. NASA 2018-ci ildə Soyuq Atom Laboratoriyasını Beynəlxalq Kosmik Stansiyaya göndərib ^[2], stansiyada hazırlanmış Boze-Eynşteyn kondensatı isə 52 pK-yə qədər aşağı effektiv temperatura çatıb; bu nəticə 2022-ci ildə Nature Communications jurnalında açıqlanıb ^[6]. 2 saniyəlik sərbəst genişlənmə ilə 38 pK göstərən əvvəlki rekord mikroqravitasiyada atom çipi ilə maqnit tələdə alınmışdı ^[1]; Science News onu 2021-ci ildə dərc olunmuş düşmə qülləsi təcrübəsi kimi təsvir edir ^[6].

Çin cihazı onunla fərqlənir ki, maqnit tələlərdən yox, lazer işığından düzəldilmiş optik tələlərdən istifadə edir ^[1][2]. Məqalədə qeyd olunur ki, optik tələlər əvvəllər mikroqravitasiyada belə kvant qazlarının hazırlanması üçün istifadə edilməmişdi ^[1].

Boze-Eynşteyn kondensatı nədir?

Boze-Eynşteyn kondensatı çox soyuq atomların vahid kvant dalğasında toplaşıb kollektiv davrandığı maddə halıdır ^[2][3]. Science onu lazer şüasındakı fotonlarla müqayisə edir və qeyd edir ki, BEK-dəki atomlar müqavimətsiz axa və interferensiya mənzərələri yarada bilir ^[2].

Satyendra Nat Boze və Albert Eynşteyn kondensatları 1924-cü ildə proqnozlaşdırıb; ilk dəfə 1995-ci ildə iki komanda onları alıb, biri rubidium-87, digəri natrium-23 ilə; bu iş 2001-ci ildə Fizika üzrə Nobel mükafatı ilə təltif edilib ^[2]. Live Science kondensatı vahid atom kimi davranan sistem adlandırır ^[4].

Effektlər tək-tək atomlardan qat-qat böyük miqyaslarda görünə bildiyi üçün BEK-lər tədqiqatçılara kvant davranışını birbaşa öyrənməyə imkan verir ^[3]. Əlaqəli anlayışlarla başlanğıc səviyyəsində tanış olmaq üçün Yeni başlayanlar üçün kvant hesablamaları: nədir və nə deyil məqaləsinə baxın. Bu həftənin başqa bir kosmos elmi xəbəri üçün Euclid teleskopunun məlumat buraxılışı: ESA-nın yeni xəritəsi nəyi göstərir məqaləsinə baxın.

Kosmosdakı ultrasoyuq atomlar nə üçün istifadə oluna bilər?

Əsasən dəqiq ölçmələr və kvant simulyasiyası üçün; tədqiqatçılar və müstəqil ekspertlər bunları gələcək işin istiqamətləri kimi təsvir edir ^[2][3].

• Cazibənin sınanması: Science-in məlumatına görə, uzun genişlənmə müddətləri interferensiya təcrübələri üçün idealdır və ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin fərz etdiyi kimi, cazibənin bütün atom növlərinə eyni cür təsir edib-etmədiyini yoxlamağa kömək edə bilər ^[2]. “7 saniyə 10 pikokelvindən də vacib keyfiyyət göstəricisidir”, - deyə UC Berkli-dən Holger Müller bildirib ^[2].
• Atom interferometrləri: Rasel Şanxay institutuna bildirib ki, onların həssaslığı atomların cihazda keçirdiyi vaxtın kvadratı ilə artır və belə alətlər Yerin cazibə sahəsini ölçməyə və qaranlıq maddə modellərini sınamağa kömək edə bilər ^[3].
• Kvant simulyasiyası: komanda yüksək temperaturlu ifrat keçiriciliklə bağlı effektləri simulyasiya etmək üçün optik qəfəslər, yəni kristalı təqlid edən lazer nöqtələri şəbəkələri planlaşdırır ^[2][3].
• Qarışıq atomlar: Paris Şimal Sorbonna Universitetindən Hélène Perrin qeyd edib ki, optik tələlər müxtəlif daxili hallarda olan atomları eyni anda saxlaya bilər ^[2].

Şanxay institutundan Weibiao Chen Science-ə bildirib ki, rəf “beynəlxalq birlik üçün açıqdır” ^[2]. Bu tətbiqlərin heç biri hələ bu cihazla nümayiş etdirilməyib.