Anul în recenzie: Sub zero absolut, dar fierbinte

14

Ulrich Schneider trebuie să fie un hit la petreceri. Fizicianul de la Universitatea Ludwig Maximilians din München le poate spune oaspeților uluiți că el este responsabil pentru crearea celei mai fierbinți substanțe din lume și a celei mai scăzute temperaturi – în același timp.

Substanța lui Schneider — un gaz format din aproximativ 100.000 de atomi de potasiu — a atins o temperatură sub zero absolut, aproximativ –0,000000001 kelvin.

Spre deosebire de temperaturile Fahrenheit și Celsius, unde punctul zero este arbitrar, temperatura absolută (măsurată în kelvin) se presupune că nu poate scădea sub zero. Și, de fapt, nimic nu poate deveni mai rece decât zero absolut. Dar o temperatură absolută negativă, deși din punct de vedere tehnic sub zero, este de fapt infinit de caldă.

Asta pentru că un semn pozitiv sau negativ pe scara kelvin descrie distribuția de energie a particulelor unei substanțe. De obicei, majoritatea particulelor dintr-un sistem au energii relativ scăzute; doar câteva ocupă treptele cele mai înalte ale intervalului energetic. În astfel de situații temperatura este întotdeauna pozitivă.

Schneider și colegii au inversat această distribuție în gazul lor de atomi de potasiu. Au folosit lasere și magneți pentru a limita atomii la o bandă îngustă de energii. La început, majoritatea atomilor posedau energii la capătul inferior al acelei benzi. Dar, modificând laserele și câmpul magnetic, cercetătorii au inversat distribuția energiei atomilor. Dintr-o dată, majoritatea atomilor au fost la limita superioară a energiei permise. În această situație, gazul a avut o temperatură negativă (SN: 2/9/13, str. 10).

În același timp, gazul era mai fierbinte decât orice substanță cu o temperatură pozitivă. Din cauza excesului de atomi de înaltă energie, căldura ar curge din gaz către orice substanță cu o temperatură pozitivă. Și căldura curge întotdeauna de la mai cald la mai rece, prin decretul legilor termodinamicii.

Experimentul lui Schneider oferă oamenilor de știință oportunitatea rară de a studia un sistem care devine mai ordonat odată cu creșterea energiei – adăugarea de energie face ca mai mulți atomi să se grupeze la limita de înaltă energie. Cercetătorii au observat, de asemenea, că atomii de potasiu, care ar fi trebuit să se prăbușească unul spre celălalt, au rămas stabili la temperaturi negative. Această repulsie ar putea oferi o perspectivă asupra energiei întunecate, componenta misterioasă a universului care contracarează atracția gravitațională și determină extinderea cosmosului într-un ritm accelerat.

Vedeți toate cele mai importante povești științifice din 2013