دانشمندان سردترین ماده جهان را در آزمایشگاه تولید کردند

تیمی از محققان موفق شدند یک ماده را تا یک میلیاردم درجه صفر مطلق سرد کنند. این ماده تا 3 میلیارد بار سردتر از فضای میان ستاره‌ای است و به عنوان سردترین ماده جهان شناخته می‌شود.

فضای بین ستاره‌ای هرگز تا این حد سرد نمی‌شود، زیرا به صورت همگن و همسانگردی از پس‌زمینه تابش ریزموج کیهانی (CMB) پر شده است. تشعشعات باقی مانده از رویدادی که اندکی پس از انفجار بزرگ رخ داد، زمانی که عالم در مراحل اولیه شکل‌گیری خود بود. ماده سرد شده حتی سردتر از سردترین مناطق شناخته شده در عالم است. به عنوان مثال، این ماده حتی از سحابی «بومرنگ» نیز سردتر است. سحابی بومرنگ که در فاصله 3000 سال نوری از زمین قرار دارد، تنها یک درجه گرمتر از صفر مطلق است. در این مقاله به صورت مفصل سحابی بومرنگ را مورد مطالعه قرار داده‌ایم.

این آزمایش که در دانشگاه «کیوتو» ژاپن انجام شد، از فرمیون‌ها استفاده کرد. فرمیون‌ها در حقیقت به ذراتی گفته می‌شود که اسپین نیمه صحیح دارند، مانند الکترون، پروتون و نوترون. (در علم فیزیک وابسته به اینکه اسپین ذرات عدد صحیح یا نیمه صحیح باشد، ذرات به ترتیب به دو دسته بوزون‌ها و فرمیون‌ها طبقه‌بندی می‌شوند.) این تیم اتم‌های عنصر «ایتروبیوم» را تا حدود یک میلیاردم درجه بالای صفر مطلق سرد کردند - دمای فرضی که در آن تمام حرکت اتمی متوقف می‌شود.

این تیم از لیزر برای خنک کردن ماده با محدود کردن حرکت سیصد هزار اتم در یک شبکه نوری استفاده کرد. این آزمایش مدلی از فیزیک کوانتومی را شبیه‌سازی می‌کند که برای اولین بار در سال 1963 توسط فیزیکدان نظری «جان هابارد» ارائه شد - دمای سحابی برمرنگ که در بالا به آن اشاره کردیم، حدود یک کلوین یا 272 درجه سانتی‌گراد است. با این حال حتی سحابی بومرنگ که به عنوان سردترین ناحیه عالم شناخته می‌شود، قابل رقابت با میزان سردی این ماده نیست.

مدل هابارد به اتم‌ها اجازه می‌دهد تا خواص کوانتومی غیرمعمول از جمله رفتار جمعی بین الکترون‌ها مانند ابررسانی را نشان دهد. ابررسانایی توانایی هدایت الکتریسیته بدون اتلاف انرژی است.

این تیم در تلاش‌های بعدی خود قصد دارد ابزاری را توسعه دهد که قادر به مطالعه رفتار ماده در دمای یک میلیاردم درجه بالاتر از صفر مطلق به عنوان سردترین ماده جهان است. بدیهی است که در چنین دمایی، رفتار ماده بسیار متفاوت و عجیب خواهد بود.