Fallturm Bremen. Kredit: Bin im Garten / Wikimedia Commons.

Teplota mínus 273,15 °C, čili absolutní nula, nejnižší možná teplota na termodynamické škále, představuje stav, v němž neexistuje vůbec žádné teplo. Atomy absolutně ustrnou v pohybu. Je to ale teoretická hranice, protože, pokud víme, atomům není možné odebrat veškerou kinetickou energii.

Vědci to podle všeho respektují. Zároveň se ale zuby nehty snaží absolutně nízké teplotě přiblížit, co to jenom jde. A už se jim v tomto směru povedly podivuhodné věci. Před pár lety tým amerického Harvardu prostudoval nejchladnější chemickou reakci, jakou jsme kdy měřili, o teplotě 500 nanokelvinů. A na palubě ISS už několik let pracuje pozoruhodná Cold Atom Lab, v níž se experimentuje při teplotě 100 nanokelvinů.

Logo. Kredit: Universität Bremen.

Tyto velmi slušně nízké teploty si teď ale namazali na chleba němečtí vědci týmu projektu QUANTUS 2 z Universität Bremen, kteří ve svém podivuhodném experimentu dosáhli teploty neuvěřitelných 38 pikokelvinů, čili 38 biliontin kelvinu.

Tým projektu QUANTUS 2 v dobré náladě. Kredit: Universität Bremen.

Jak to dokázali? Nejprve vytvořili oblak asi 100 tisíc atomů rubidia, který byl polapený v magnetickém poli, uvnitř vakuové komory. Tento oblak poté zmrazili tak, že z něj vznikl populární Boseho–Einsteinův kondenzát, zvláštní skupenství hmoty v podobě kvantového plynu, jehož atomy se chovají, jako by to byl jediný atom. V Boseho–Einsteinově kondenzátu se projevují pro nás bizarní kvantové jevy na relativně velkém měřítku.

Tým QUANTUS 2 tím ale neskončil. Vzali Boseho–Einsteinův kondenzát a provedli s ním experiment na pozoruhodné 120 metrů vysoké věži Fallturm Bremen, která je součástí centra Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) na Universität Bremen. Vědci se tam baví tím, že všechno možné nechávají padat volným pádem a intenzivně to zkoumají. QUANTUS 2 tam shodil vakuovou komoru s Boseho–Einsteinovým kondenzátem. Během volného pádu badatelé opakovaně vypínali a zapínali magnetické pole, které obklopuje Boseho–Einsteinův kondenzát.

Když bylo magnetické pole vypnuté, Boseho–Einsteinův kondenzát se rozpínal. Po zapnutí magnetického pole se opět smršťoval. Tímto způsobem se vědcům podařilo omezit pohyby atomů BE kondenzátu natolik, že dosáhli rekordně nízké teploty. V experimentech se jim to povedlo na maximálně 2 sekundy. Simulace ukazují, že s tímto postupem by bylo možné takovou teplotu udržet až na 17 sekund, pokud by experimenty probíhaly v prostředí bez gravitace, například na palubě satelitu.

Video: The Bremen Drop Tower - What's inside?

Literatura

New Atlas 9. 9. 2021.

Physical Review Letters 127: 100401.