Физикам температуру калия удалось опустить ниже абсолютного нуля

Группа исследователей в области физики из Германии создала квантовое облако атомов калия, в котором энергия распределена таким образом, что температура его имеет отрицательное абсолютное значение. Краткое содержание работы, опубликованной в журнале Science, передает ScienceNow.

От энергии отдельных атомов или молекул тела зависит его средняя температура. Большинство частиц, как правило, обладает низкой энергией, высокоэнергетичными же является меньшинство. Количество более энергетичных молекул при повышении температуры увеличивается, становясь в пределе (в условиях бесконечной температуры) равномерным.

Распределение в газе энергий частиц в науке известно как распределение Больцмана. В более ранних работах по квантовой физике ученые демонстрировали, что далеко не всегда оно обязано выполняться. Так, можно представить, теоретически, тело, распределение энергий в котором будет обратно распределению Больцмана, иными словами, большинство частиц будут пребывать в высокоэнергетичном состоянии, тогда как нижние уровни распределения энергии будут "пустовать". У такого тела будет отрицательная абсолютная температура, что авторам нового исследования и удалось показать.

Используя лазерные лучи, ученые распределили в узлах правильной решетки атомы калия на специальной подложке. Находясь в вакууме, частицы были охлаждены до температуры, которая была близка к абсолютному нулю (- 273 градуса Цельсия). Энергия частиц "калиевого облака", таким образом, также была близка к минимуму.

Исследователи затем резко поменяли местное магнитное поле после того, как атомы были стабилизированы в низком энергетическом состоянии. Изменения привели к тому, что атомы стали сильно притягиваться друг к другу вместо небольшого отталкивания. Фактически, они оказались на вершине потенциальной энергии в одно и то же время. Однако, из-за действия лазеров, частицы продолжали оставаться в этом состоянии, а не стали двигаться, теряя при этом энергию.

По словам ученых, исследование тел с отрицательной температурой интересно не только с точки зрения термодинамики, такие тела могут выступать в качестве модели темной энергии, отвечающей за ускоренное расширение Вселенной.

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов