En Düşük Sıcaklık Rekoru: Uzayda 10 Pikokelvin

Kaydedilen en düşük sıcaklık nedir?

Bildirilen en düşük sıcaklık, Çin'in uzay istasyonunda elde edilen ve 5 Kasım 2026'da Science dergisinde yayımlanan 9,7 pikokelvinlik eşdeğer sıcaklıktır ^[1][2]. Bir pikokelvin, kelvinin bir trilyonda biridir; yani atomlar mutlak sıfırın on trilyonda birinden daha az bir derece üzerindeydi ^[2].

"Quantum gases below 10 picokelvin in space" başlıklı araştırma makalesi, 7,0 saniyelik serbest genleşme süresiyle bu eşdeğer sıcaklığa ulaşan 2,0 × 10^4, yani 20.000 atomluk bir Bose-Einstein yoğuşması (BEC) bildiriyor ^[1]. Ekip rubidyum atomları kullandı ^[2][3].

Science'ın haberine göre sonuç, şimdiye kadar ulaşılan en düşük sıcaklığı dört kat aşağı çekti ^[2]. Önceki rekoru 2021'de kaydeden ekibin başındaki, Hannover Leibniz Üniversitesi'nden kuantum fizikçisi Ernst Rasel, Science'a şunları söyledi: "Bilim insanlarını kutluyorum. Çok etkilendim" ^[2].

Birçok haber başlığı rakamı 10 pikokelvine yuvarlıyor. Her iki değer de haberlerde yer alıyor: makale 10 pK'nin altını bildiriyor, Science'ın muhabiri ise nihai atom hızlarını yaklaşık 10 pK'ye eşdeğer olarak tanımlıyor ^[1][2].

10 pikokelvin uzaya kıyasla ne kadar soğuk?

Astronomların bildiği doğadaki hiçbir şeyden kıyaslanamayacak kadar soğuk. Boş uzay, NASA'nın yaklaşık 2,725 kelvin olarak ölçtüğü kozmik mikrodalga artalan ışınımıyla doludur ^[5]. 2,725 K'yi 9,7 pK'ye bölmek, evrenin artalan ışımasının Tiangong'daki atomlardan kabaca 280 milyar kat daha sıcak olduğunu gösterir.

Mutlak sıfır, yani 0 kelvin, eksi 273,15 °C veya eksi 459,67 °F'dir ^[4]. Bu ölçeklerde yeni rekor mutlak sıfırdan ayırt edilemez; fizikçilerin kelvini ve onun çok küçük alt birimlerini kullanmasının nedeni budur:

• Nanokelvin (nK): kelvinin milyarda biri. İlk BEC deneyleri yaklaşık 100 nK'ye ulaşmıştı ^[2].
• Pikokelvin (pK): kelvinin trilyonda biri. Uzay deneyleri artık bu aralıkta ^[1][2].

Tam sıfıra ulaşmanın imkânsız olduğu düşünülüyor. Live Science'ın görüştüğü fizikçi Saibal Mitra'nın açıkladığı üzere, termodinamiğin üçüncü yasasının bir biçimi, mutlak sıfıra ulaşmanın sonsuz sayıda adım gerektireceğini söyler ^[4].

Bilim insanları 10 pikokelvine nasıl ulaştı?

Rubidyum atomlarını mikroyerçekiminde lazerlerle hapsederek, en sıcak olanların kaçmasına izin verip geri kalanların yavaşça yayılmasını sağlayarak ^[2][3]. Science'ın anlatımına göre adımlar şöyleydi ^[2]:

1. Hapsetme: yaklaşık 2 milyon rubidyum atomu, iki yoğun lazer ışınının kesiştiği noktada oluşan, 54 mikrometre genişliğindeki iç optik tuzakta tutuldu. Lazerler 5 watt gücünde çalıştı.
2. Buharlaştırma: güç 0,2 miliwatta kadar yavaşça düşürüldü ve enerjisi daha yüksek atomların kaçmasına izin verildi. Geriye kalan 20.000 atom 3 nK'ye kadar soğudu.
3. Genleştirme: atomların yayılmasına izin verilen 124 mikrometre genişliğinde daha geniş bir tuzak, atomların birbirleriyle etkileşimini azalttı. Sonunda saniyede 100 mikrometreden daha düşük hızlarla hareket ediyorlardı.

Cihazın baş bilim insanı olan Pekin Üniversitesi'nden Xuzong Chen, "Atom sayısını aynı tutuyoruz. Yalnızca etkileşim enerjisi değişiyor" dedi ^[2]. Şanghay Optik ve İnce Mekanik Enstitüsü ise optik tuzakta buharlaştırmalı soğutmanın mikroyerçekiminde daha az verimli çalıştığını, bu yüzden ekibin yoğuşmayı elde etmek için ek bir manyetik gradyan kullandığını belirtiyor ^[3].

Cihaz, istasyonun 2022'de fırlatılan Mengtian laboratuvar modülündeki Cold Atom Physics Rack'tir ^[2][3]. Enstitü, geliştiricilerin yaklaşık 20 metreküp hacmindeki ve 10 ton ağırlığındaki bir yer sistemini, yaklaşık 0,7 metreküp hacminde ve yarım ton ağırlığında bir uçuş cihazına sığdırdığını söylüyor ^[3].

9,7 pikokelvin gerçek bir sıcaklık mı?

Bu, bir termometrede okunan değer değil, atomların ne kadar yavaş hareket ettiğini anlatan bir eşdeğer sıcaklıktır ^[3]. Şanghay enstitüsü, 9,7 pK değerinin "atomların son derece yavaş genleşmesini nitelediğini" ve donanımın ya da çevresinin aynı sıcaklığa ulaştığı anlamına gelmediğini belirtiyor ^[3].

Araştırma makalesinin kendisi de "eşdeğer sıcaklık" ifadesini kullanıyor ^[1]. Bilim insanları bu değeri, serbest bırakılan atom bulutunun ne kadar hızlı yayıldığına bakarak tahmin eder; daha yavaş yayılma, daha düşük enerji demektir ^[2][3]. Science, nihai hızları saniyede 100 mikrometreden düşük olarak veriyor ^[2]. Phys.org'un makaleye ilişkin haberi ise 9,7 pK değerinin çevresinde 7,0 ile 12,9 pK arasında bir belirsizlik aralığı veriyor ^[7].

Rekorları karşılaştırırken bu ayrım önemlidir. 38 pK'lik önceki rekor ve NASA'nın 52 pK'si de bulutun ne kadar hızlı genleştiğinden çıkarılan etkin sıcaklıklardır; dolayısıyla deneyler yöntem bakımından farklı olsa da karşılaştırma benzer büyüklükler arasında yapılır ^[2][6][7]. Bir buzdolabının, bir gezegenin ya da derin uzayın sıcaklığıyla karşılaştırmalar ölçek açısından yararlıdır ama kesin fizik değildir.

Rekor neden Dünya'da değil de uzayda kırıldı?

Yerçekimi aşırı soğuk atomları aşağı çeker; bu da bilim insanlarını atomları daha sıcak kalmalarına yol açan daha güçlü tuzaklarda tutmaya zorlar ^[2][3]. Science, yerçekiminin atomları onları askıda tutan alanlara doğru sıkıştırdığını ve sıcaklıklarını yükselttiğini açıklıyor ^[2]. Yörüngede ise tuzak çok daha zayıf yapılabiliyor ve atomlar daha uzun süre gözlenebiliyor ^[3].

2001 Nobel ödüllü MIT fizikçisi Wolfgang Ketterle, yedi saniyelik gözlemi şöyle yorumladı: "Dünya'da yaklaşık 250 metre düşerdi; yani 250 metre yüksekliğinde bir vakum odanız yoksa yere çakılırdı" ^[3].

Yerçekiminden kaçmaya yönelik önceki girişimler arasında atom çiplerini kulelerden aşağı bırakmak ve yörünge altı roketlerle uçurmak vardı ^[2]. NASA, Cold Atom Laboratory'yi 2018'de Uluslararası Uzay İstasyonu'na gönderdi ^[2]; istasyonda üretilen bir Bose-Einstein yoğuşması ise 2022'de Nature Communications'ta bildirilen 52 pK'ye kadar düşen etkin sıcaklıklara ulaştı ^[6]. 2 saniyelik serbest genleşmeyle elde edilen 38 pK'lik önceki rekor, mikroyerçekiminde bir atom çipi manyetik tuzağından geldi ^[1]; Science News bunu 2021'de yayımlanan bir düşme kulesi deneyi olarak tanımlıyor ^[6].

Çin'in cihazı, manyetik tuzaklar yerine lazer ışığından oluşan optik tuzaklar kullanması bakımından farklıdır ^[1][2]. Makale, optik tuzakların daha önce mikroyerçekiminde bu tür kuantum gazlarını hazırlamak için kullanılmadığını belirtiyor ^[1].

Bose-Einstein yoğuşması nedir?

Bose-Einstein yoğuşması, çok soğuk atomların tek bir kuantum dalgasında toplanıp topluca davrandığı bir madde halidir ^[2][3]. Science bunu bir lazer ışınındaki fotonlara benzetiyor ve BEC'deki atomların dirençsiz akabildiğini ve girişim desenleri oluşturabildiğini belirtiyor ^[2].

Satyendra Nath Bose ve Albert Einstein yoğuşmaları 1924'te öngördü; ilk kez 1995'te iki ekip, biri rubidyum-87 ile diğeri sodyum-23 ile bunları elde etti ve bu çalışma 2001 Nobel Fizik Ödülü ile onurlandırıldı ^[2]. Live Science, yoğuşmanın tek bir atom gibi davrandığını anlatıyor ^[4].

Etkiler tek tek atomlardan çok daha büyük ölçeklerde görülebildiği için BEC'ler araştırmacıların kuantum davranışını doğrudan incelemesine olanak tanır ^[3]. İlgili kavramlara yeni başlayanlar için bir giriş niteliğinde Quantum Computing Explained for Beginners: What It Is and What It Is Not rehberine bakın. Bu haftanın bir başka uzay bilimi haberi için Euclid Telescope Data Release: What ESA's New Map Shows rehberine göz atın.

Uzaydaki aşırı soğuk atomlar ne işe yarayabilir?

Başlıca hassas ölçüm ve kuantum benzetimi için; araştırmacılar ve bağımsız uzmanlar bunları gelecekteki çalışmaların yönleri olarak tanımlıyor ^[2][3].

• Yerçekimini sınamak: Science'ın aktardığına göre uzun genleşme süreleri, yerçekiminin genel görelilikte varsayıldığı gibi her tür atoma eşit şekilde etki edip etmediğini sınayabilecek girişim deneyleri için idealdir ^[2]. Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nden Holger Mueller, "7 saniye, 10 pikokelvinden bile daha önemli bir başarım ölçütüdür" dedi ^[2].
• Atom interferometreleri: Rasel, Şanghay enstitüsüne, duyarlılıklarının atomların cihazda geçirdiği sürenin karesiyle arttığını ve bu tür araçların Dünya'nın yerçekimi alanını ölçmeye ve karanlık madde modellerini sınamaya yardımcı olabileceğini söyledi ^[3].
• Kuantum benzetimi: ekip, yüksek sıcaklık süperiletkenliğiyle ilgili etkileri benzetmek için bir kristali taklit eden lazer noktaları ızgaraları olan optik örgüler planlıyor ^[2][3].
• Karışık atomlar: Sorbonne Paris Nord Üniversitesi'nden Hélène Perrin, optik tuzakların farklı iç durumlardaki atomları aynı anda tutabildiğine dikkat çekti ^[2].

Şanghay enstitüsünden Weibiao Chen, Science'a rafın "uluslararası topluluğa açık" olduğunu söyledi ^[2]. Bu uygulamaların hiçbiri henüz bu cihazla gösterilmiş değil.