Afbeelding tegoed: NASA / JPL
Onderzoekers van NASA en MIT hebben natriumgas gekoeld tot de laagste temperatuur ooit gemeten - een half miljardste graad boven het absolute nulpunt. Het gas moest worden opgesloten in een magnetisch veld; anders blijft het aan de wanden van de container plakken en is het onmogelijk om af te koelen. De onderzoekers gebruikten een vergelijkbare methodologie die in 2001 leidde tot de Nobelprijs voor natuurkunde met de ontdekking van Bose-Einstein-condesaten (waarbij de moleculen bij lage temperaturen op een ordelijke manier samen bewegen).
Door NASA gefinancierde onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, Massachusetts, hebben natriumgas gekoeld tot de laagste temperatuur ooit geregistreerd, een half miljardste graad boven het absolute nulpunt. Deze absolute temperatuur is het punt waar geen verdere koeling meer mogelijk is.
Deze nieuwe temperatuur is zes keer lager dan het vorige record en is de eerste keer dat een gas werd gekoeld tot onder een nanokelvin (een miljardste graad). Bij absoluut nul (-273 ° Celsius of -460 ° Fahrenheit) stopt alle beweging, behalve kleine atoomtrillingen, omdat het koelproces alle energie uit de deeltjes heeft gehaald.
Door de koelmethoden te verbeteren, zijn wetenschappers erin geslaagd om dichter bij het absolute nulpunt te komen. "Om onder één nanokelvin te komen, is het alsof je voor het eerst een mijl onder de vier minuten rent", zegt Dr. Wolfgang Ketterle, natuurkundeprofessor aan het MIT en co-leider van het onderzoeksteam.
"Gassen met ultralage temperatuur kunnen tot enorme verbeteringen in precisiemetingen leiden door betere atoomklokken en sensoren voor zwaartekracht en rotatie toe te staan", zegt dr. David E. Pritchard, professor in de MIT-natuurkunde, pionier in atoomoptica, atoominterferometrie en co. leider van het team.
In 1995 koelden een groep van de University of Colorado, Boulder, Colo., En een MIT-groep onder leiding van Ketterle atoomgassen af tot onder één microkelvin (een miljoenste graad boven het absolute nulpunt). Daarbij ontdekten ze een nieuwe vorm van materie, het Bose-Einstein-condensaat, waarbij de deeltjes in de trap stappen in plaats van zelfstandig rond te flitsen. De ontdekking werd erkend met de Nobelprijs voor de natuurkunde van 2001, die Ketterle deelde met zijn Boulder-collega's Drs. Eric Cornell en Carl Wieman.
Sinds de doorbraak van 1995 hebben veel groepen routinematig nanokelvinetemperaturen bereikt; met drie nanokelvin als de laagste geregistreerde temperatuur. Het nieuwe record van de MIT-groep is 500 picokelvin of zes keer lager.
Bij zulke lage temperaturen kunnen atomen niet in fysieke containers worden bewaard, omdat ze aan de muren blijven plakken. Ook kan geen enkele bekende container tot dergelijke temperaturen worden gekoeld. Om dit probleem te omzeilen, omringen magneten de atomen, die de gaswolk opsluiten zonder hem aan te raken. Om de record-lage temperaturen te bereiken, bedachten de onderzoekers een nieuwe manier om atomen op te sluiten, die ze een 'gravito-magnetische val' noemen. De magnetische velden werkten samen met de zwaartekracht om de atomen gevangen te houden.
Alle onderzoekers zijn aangesloten bij de afdeling fysica van het MIT, het onderzoekslaboratorium voor elektronica en het MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms, gefinancierd door de National Science Foundation. Ketterle, Leanhardt en Pritchard waren co-auteur van het artikel over lage temperaturen, dat zou verschijnen in het nummer van 12 september van Science. NASA, National Science Foundation, het Office of Naval Research en het Army Research Office financierden het onderzoek.
Ketterle doet onderzoek in het kader van NASA's Fundamental Physics in Physical Sciences Research Program, onderdeel van het Office of Biological and Physical Research, Washington. NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californië, een divisie van het California Institute of Technology, Pasadena, beheert het Fundamental Physics-programma.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
