Bildnachweis: NASA / JPL
Forscher der NASA und des MIT haben Natriumgas auf die niedrigste jemals gemessene Temperatur abgekühlt - ein halbes Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Das Gas musste in einem Magnetfeld eingeschlossen werden; Andernfalls würde es an den Wänden des Behälters haften und sich nicht abkühlen lassen. Die Forscher verwendeten eine ähnliche Methode, die 2001 mit der Entdeckung von Bose-Einstein-Kondesaten (bei denen sich die Moleküle bei niedrigen Temperaturen in geordneter Weise zusammen bewegen) zum Nobelpreis für Physik führte.
Von der NASA finanzierte Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, Massachusetts, haben Natriumgas auf die niedrigste jemals gemessene Temperatur abgekühlt, ein halbes Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Diese absolute Temperatur ist der Punkt, an dem keine weitere Abkühlung möglich ist.
Diese neue Temperatur ist sechsmal niedriger als der vorherige Rekord und markiert das erste Mal, dass ein Gas unter ein Nanokelvin (ein Milliardstel Grad) abgekühlt wurde. Bei absolutem Nullpunkt (-273 ° C oder -460 ° Fahrenheit) stoppt jede Bewegung mit Ausnahme winziger atomarer Schwingungen, da der Abkühlungsprozess den Partikeln die gesamte Energie entzogen hat.
Durch die Verbesserung der Kühlmethoden ist es Wissenschaftlern gelungen, sich dem absoluten Nullpunkt zu nähern. "Ein Nanokelvin zu unterschreiten ist wie zum ersten Mal eine Meile unter vier Minuten zu laufen", sagte Dr. Wolfgang Ketterle, Physikprofessor am MIT und Co-Leiter des Forschungsteams.
"Gase mit extrem niedriger Temperatur könnten zu enormen Verbesserungen bei Präzisionsmessungen führen, indem bessere Atomuhren und Sensoren für Schwerkraft und Rotation zugelassen werden", sagte Dr. David E. Pritchard, Physikprofessor am MIT, Pionier in Atomoptik, Atominterferometrie und Co-Temperatur Anführer des Teams.
1995 kühlten eine Gruppe an der Universität von Colorado, Boulder, Colorado, und eine von Ketterle geleitete MIT-Gruppe Atomgase auf unter ein Mikrokelvin (ein millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt). Dabei entdeckten sie eine neue Form der Materie, das Bose-Einstein-Kondensat, bei dem die Partikel im Gleichschritt marschieren, anstatt selbständig herumzuhüpfen. Die Entdeckung wurde mit dem Nobelpreis für Physik 2001 ausgezeichnet, den Ketterle mit seinen Boulder-Kollegen Dr. Eric Cornell und Carl Wieman.
Seit dem Durchbruch von 1995 haben viele Gruppen routinemäßig Nanokelvin-Temperaturen erreicht. mit drei Nanokelvin als niedrigste gemessene Temperatur. Der neue Rekord der MIT-Gruppe liegt bei 500 Picokelvin oder sechsmal niedriger.
Bei so niedrigen Temperaturen können Atome nicht in physischen Behältern aufbewahrt werden, da sie an den Wänden haften bleiben würden. Es kann auch kein bekannter Behälter auf solche Temperaturen abgekühlt werden. Um dieses Problem zu umgehen, umgeben Magnete die Atome, wodurch die Gaswolke eingeschlossen bleibt, ohne sie zu berühren. Um die rekordtiefen Temperaturen zu erreichen, erfanden die Forscher eine neuartige Methode zur Begrenzung von Atomen, die sie als „gravito-magnetische Falle“ bezeichnen. Die Magnetfelder wirkten zusammen mit Gravitationskräften, um die Atome gefangen zu halten.
Alle Forscher sind Mitglied der MIT-Physikabteilung, des Forschungslabors für Elektronik und des MIT-Harvard-Zentrums für ultrakalte Atome, das von der National Science Foundation finanziert wird. Ketterle, Leanhardt und Pritchard haben gemeinsam das Niedertemperaturpapier verfasst, das in der Science-Ausgabe vom 12. September erscheinen soll. Die NASA, die National Science Foundation, das Office of Naval Research und das Army Research Office finanzierten die Forschung.
Ketterle forscht im Rahmen des NASA-Forschungsprogramms Fundamental Physics in Physical Sciences, das Teil des Office of Biological and Physical Research der Agentur in Washington ist. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology in Pasadena, verwaltet das Programm Fundamental Physics.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
