Всесвіт

Створено квантовий термометр для вимірювання найхолодніших температур у Всесвіті

Фізики з Трініті-коледжу в Дубліні запропонували термометр, заснований на квантовій заплутаності. Він може точно вимірювати температуру в мільярд разів холодніше, ніж у відкритому космосі. Роботою керувала команда QuSys в Trinity у співпраці з міжнародною групою вчених. Їх результати були опубліковані в якості в журналі Physical Review Letters.

«Такі наднизькі температури виникають в хмарах атомів, відомих як гази Фермі. Вони створені для вивчення поведінки речовини в екстремальних квантових станах», — говорить професор Гулд, глава групи QuSys компанії Trinity, пояснюючи, що таке надхолодний газ.
«Стандартний спосіб, яким фізики думають про газ, — це використовувати теорію, відому як статистична механіка. Але з появою квантової механіки все змінилося. Відоме пророцтво квантової механіки полягає в тому, що окремі атоми нижче критичної температури можуть об’єднуватися з іншими атомами в єдину макроскопічну хвилю з екзотичними властивостями. Це пророцтво призвело до сторічного експериментального пошуку досягнення критичної температури. Успіх був нарешті досягнуто в 90-х роках при створенні перших надхолодних газів, що охолоджуються лазерами (Нобелівська премія 1997) та утримуваних під впливом магнітних полів — подвиг, який отримав Нобелівську премію в 2001 році», — говорить професор Гулд, глава групи QuSys компанії Trinity

Ультрахолодні гази, подібні цим, тепер зазвичай створюються в лабораторіях по всьому світу. У них є безліч застосувань, починаючи від перевірки фундаментальних фізичних теорій і закінчуючи виявленням гравітаційних хвиль. Але їх температури неймовірно низькі на рівні нанокельвіна і нижче (один кельвін дорівнює -271,15 ° C). Ці гази в мільярд разів холодніше, ніж найхолодніші місця у Всесвіті, і вони створюються прямо тут, на Землі.

Так що ж таке фермі-газ? Всі частинки у Всесвіті, включаючи атоми, відносяться до одного з двох типів — «бозонам» і «ферміонам». Фермі-газ складається з ферміонів, названих на честь фізика Енріко Фермі. При дуже низьких температурах бозони і ферміони поводяться зовсім по-різному. У той час як бозони групуються разом, ферміони — навпаки. Ця властивість фактично ускладнює вимір їх температури.

Термометр — це просто система, фізичні властивості якої змінюються в залежності від температури передбачуваним чином. Наприклад, ви можете виміряти температуру свого тіла, вимірявши розширення ртуті в скляній трубці. Новий термометр працює аналогічним чином, але замість ртуті вчені вимірюють стан окремих атомів, які пов’язані (або корельовані) з квантовим газом.

Нове рішення може бути реалізовано з використанням технологій, доступних в сучасних лабораторіях атомної фізики. Те, що таку фундаментальну фізику можна перевірити, дійсно чудово, підкреслюють вчені. Різні квантові технології, квантові датчики, такі як новий термометр, які з’являються,  ймовірно, нададуть найбезпосередніший вплив на науку.

Натхнення: hightech.fm

Кнопка «Наверх»