Hoewel de winter vaak de koudste kou lijkt, kunnen de temperaturen veel lager worden. Dat wil zeggen, totdat je absoluut nul bereikt, meldt Sarah Kaplan bij The Washington Post . Dit is het punt waarop alle beweging van atomen waaruit een object bestaat, stopt met bewegen - een huiveringwekkende 0 Kelvin of -459.67 Fahrenheit.
Onderzoekers hebben decennia lang geprobeerd om absoluut nul te bereiken, waarvan wordt gedacht dat het onmogelijk is om ooit te bereiken. Maar recent kwamen de wetenschappers van de National Institutes of Standards (NIST) in Boulder, Colorado dichterbij dan wetenschappers ooit hebben gedaan. Volgens een persbericht geloven onderzoekers dat hun nieuwe techniek hen in staat kan stellen dat legendarische punt te bereiken.
"De resultaten waren een complete verrassing voor experts in het veld", zegt José Aumentado, co-auteur van een paper over de techniek die onlangs in het tijdschrift Nature is gepubliceerd in het persbericht. "Het is een zeer elegant experiment dat zeker veel impact zal hebben."
Hoewel wetenschappers eerder individuele atomen naar absoluut nul en zelfs lager hebben gebracht, documenteert deze nieuwste studie het koudste complexe object tot nu toe. De details zijn vrij technisch, maar Kaplan legt uit dat in een proces dat zijbandkoeling wordt genoemd, onderzoekers lasers gebruikten om te bevriezen over een kleine aluminium trommel, slechts 20 micrometer breed en 100 nanometer dik.
"Dit lijkt misschien niet intuïtief", schrijft Kaplan. "[W] E worden gebruikt om dingen op te warmen, zoals de zon, maar bij zijbandkoeling zorgen de zorgvuldig gekalibreerde hoek en frequentie van het licht ervoor dat fotonen energie uit de atomen halen terwijl ze op elkaar inwerken."
Met deze methode hadden onderzoekers eerder de beweging van de trommel gereduceerd tot wat bekend staat als kwantum "grondtoestand" - wat slechts een derde van een kwantum energie is. Maar Teufel had een vermoeden dat het kouder kon worden. "De limiet van hoe koud je dingen kunt maken door er licht op te laten schijnen, was de bottleneck die ervoor zorgde dat mensen niet kouder en kouder werden", vertelt Teufel tegen Kaplan. "De vraag was, is het fundamenteel of kunnen we eigenlijk kouder worden?"
De aluminium drum op NIST (NIST) Hoewel de lasers het object koelden, zorgde een beetje ruis in de lasers voor kleine 'schoppen' van warmte, legt Teufel uit in het persbericht. Dus 'Teufel' en zijn collega's 'persen' het licht en voeren de kleine pakketjes energie in de laser nog strakker op om de trommel te koelen zonder weer energie toe te voegen aan het systeem. Hierdoor konden ze de trommel tot een vijfde van een kwantum koelen, en ze geloven dat met verdere verfijningen dit systeem hen in staat zou kunnen stellen om de trommel tot absolute nul te koelen.
Zulke extreme koeling is niet alleen een trucje: het heeft ook echte toepassingen. "Hoe kouder je de trommel kunt krijgen, hoe beter het is voor elke toepassing", zegt Teufel in het persbericht. “Sensoren zouden gevoeliger worden. U kunt informatie langer opslaan. Als je het in een kwantumcomputer zou gebruiken, zou je zonder vervorming berekenen en zou je eigenlijk het antwoord krijgen dat je wilt. '
Door de trommel te koelen, kunnen wetenschappers ook enkele van de mysteries van de kwantummechanica uit de eerste hand observeren. "Ik denk dat we ons in een zeer opwindende tijd bevinden waarin deze technologie die we beschikbaar hebben ons toegang geeft tot dingen waar mensen al tientallen jaren over praten als gedachte-experimenten, " vertelt Teufel aan Ian Johnston van The Independent . "Wat nu opwindend is, is dat we het laboratorium in kunnen gaan en getuige kunnen zijn van deze kwantumeffecten."
Teufel vertelt Johnston dat wetenschappers door het afkoelen van de trommel naar absoluut nul, waarin alleen kwantumenergie overblijft, enkele vreemdere aspecten van de kwantumtheorie zouden kunnen waarnemen. De drum kan bijvoorbeeld, als deze opgeschaald is, worden gebruikt om zichtbare objecten te teleporteren. Het onderzoek zou ook onderzoekers kunnen helpen de kloof tussen begrip te overbruggen tussen het punt waarop de kwantumfysica, die zeer kleine deeltjes regeert, lijkt te stoppen met werken en meer klassieke fysica, die grote objecten zoals sterren en planeten regeert, begint over te nemen.
