Foto: James Glover
Natuurkundigen hebben niet de neiging om de universele taal vrijelijk te gebruiken, dus aangezien Lord Kelvin de basismaatstaf van zijn temperatuurschaal "absoluut nul" noemde, zou dat een teken moeten zijn dat er een reden is voor het "absolute" karakter van de maatregel om serieus te worden genomen .
In tegenstelling tot de schaal van Celsius, waarbij 0 graden het vriespunt van zoet water aangeeft, of de Fahrenheit-schaal, waarbij 0 de stabiele temperatuur is van een mengsel van water, ijs, ammoniumchloride en zeezout, is 0 Kelvin - absoluut nul - theoretisch, het koudste denkbare. Dit is de temperatuur wanneer alle beweging tot kruip komt, wanneer moleculen stoppen met trillen en atomen stoppen met bewegen.
In de natuur rapporteert Zeeya Merali over het werk van Stefan Braun en collega's, een groep natuurkundigen die erin geslaagd is het absolutisme van Kelvin omver te werpen door "voor de eerste keer een atoomgas te creëren met een temperatuur onder nul."
Door een ingewikkelde aanpak - gebruik makend van lasers en snel omdraaiende magnetische velden - kwamen de wetenschappers erachter hoe ze atomen kunnen pushen om tijdelijk energieën aan te nemen onder het absolute nulpunt. De wetenschappers manipuleerden een wolk van kaliumatomen gevangen door lasers, zegt Merali:
Bij positieve temperaturen stoten de atomen af, waardoor de configuratie stabiel is. Het team stelde vervolgens snel de magnetische velden bij, waardoor de atomen elkaar aantrekken in plaats van afstoten. "Dit verschuift plotseling de atomen van hun meest stabiele, laagste energietoestand naar de hoogst mogelijke energietoestand, voordat ze kunnen reageren", zegt Schneider. "Het is alsof je door een vallei loopt en je dan meteen op de bergtop bevindt."
Bij positieve temperaturen zou een dergelijke omkering onstabiel zijn en zouden de atomen naar binnen instorten. Maar het team heeft ook het invallende laserveld aangepast om het energetisch gunstiger te maken voor de atomen om in hun posities te blijven. Dit resultaat, vandaag beschreven in Science, markeert de overgang van het gas van net boven absoluut nul naar een paar miljardsten van een Kelvin onder absoluut nul.
Onderzoekers stellen zich voor dat als nieuwe materialen op de een of andere manier zouden kunnen worden gemaakt van onder het vriespunt gelegen atomen, ze waarschijnlijk op een aantal machtige vreemde manieren zouden werken.
Rosch en zijn collega's hebben bijvoorbeeld berekend dat terwijl atoomwolken normaal naar beneden worden getrokken door de zwaartekracht, als een deel van de wolk een negatieve absolute temperatuur heeft, sommige atomen naar boven bewegen en blijkbaar de zwaartekracht tarten.
Zelfs in de natuurkunde lijkt het erop dat sommige regels worden overtreden.
Meer van Smithsonian.com:
De koudste plaats in het heelal
Absolute nulpunt
