Külmim koht universumis

23. jaanuar 2008, 10:45

Kus asub universumi külmim koht? Võiks
arvata, et ehk avakosmoses väga kaugel tähtedest, kus temperatuur on –270 °C ehk
väga lähedal absoluutsele nullile (0 kraadi Kelvini skaalal ehk –273,15 °C),
kuid tegelikult asub see siinsamas Maal.

Madalate temperatuuride füüsika on jõudnud absoluutsele nullile juba väga lähedale. Selliste temperatuuride saavutamisele ei tõuka teadlasi mitte lihtsalt sportlik rekordihuvi. Põnevaks teeb antud valdkonna asjaolu, et ained käituvad väga madalatel temperatuuridel veidralt ning pakuvad rohkelt huvitavat uurimismaterjali, kirjutas Smithsonianmag.

Mõned elemendid kaotavad ülimadalatel temperatuuridel elektritakistuse – nähtust nimetatakse ülijuhtivuseks. Veelgi madalamal temperatuuril muutuvad vedeldatud gaasid niivõrd kergelt voolavaks, et ei püsi enam anumates, vaid voolavad gravitatsiooni eirates mööda vertikaalseid seinu ülespoole.

Füüsikud on teadlikud sellest, et nad ei suuda kunagi saavutada madalaimat võimalikku temperatuuri ehk absoluutset nulli. Füüsiku jaoks tähendab temperatuur liikumist. Mida kõrgem on aine temperatuur, seda kiiremini liiguvad selle aine aatomid. Absoluutne null on punkt, kus mingit energiat ning seega ka liikumist ei ole.

Mõned füüsikud on aga otsustanud jõuda absoluutsele nullile nii lähedale kui võimalik. Üks nendest on Massachusettsi tehnoloogiainstituudi teadlane Wolfgang Ketterle. Tema käes ongi hetkel maailmarekord – kõigest mõnisada triljondikku kraadi üle absoluutse nulli. Sellise temperatuurini jõudis Ketterle juhitud töörühm 2003. aastal. Rekord on kinnitatud ka Guinnessi rekorditeraamatus.

Ketterle saavutus kasvas välja tema uuringuist eksootilise aine oleku kohta, mida nimetatakse Bose-Einsteini kondensaadiks (BEC). Kondensaat ei ole gaas, tahkis ega vedelik. See tekib, kui pilv aatomeid on kõik ühes kvantolekus. Kondensaat on nimetatud nii Albert Einsteini ja India füüsiku Satyendra Bose järgi, kes 1925. aastal ennustasid, et selliste omadustega aine on võimalik luua absoluutsele nullile lähenevate temperatuuride juures.

Seitsekümmend aastat hiljem said Bose-Einsteini kondensaadi loomisega enam-vähem samaaegselt hakkama Ketterle MITist, Carl Wieman Colorado ülikoolist ning Eric Cornell USA rahvuslikust standardite ja tehnoloogiainstituudist. Saavutuse eest auhinnati neid 2001. aastal Nobeli füüsikaauhinnaga.

Ketterle töörühm kasutab kondensaati mateeria põhiliste omaduste paremaks tundmaõppimiseks, et luua teoreetiline alus tulevikutehnoloogiatele. Näiteks toatemperatuuril töötavad ülijuhid tekitaksid energeetikas revolutsiooni.

Enamik Nobeli auhinna laureaate saavad selle kõrgeima võimaliku tunnustuse karjääri lõpuaastatel pärast aastakümnetepikkust tööd, kuid Ketterle oli auhinda vastu võttes kõigest 44 aastat vana ning Bose-Einsteini kondensaat pakub talle uurimismaterjali ilmselt veel aastakümneteks.

Teine koht universumi külmima labori tiitlile asub Harvardi ülikoolis. Lene Vestergaard Hau on samuti Bose-Einsteini kondensaadiga saavutanud ülimadalaid temperatuure, mis jäävad Ketterle omast vaid pisut maha. „Me katsetame kondensaadiga iga päev,” ütles Hau, kes on koos kolleegidega suutnud teha midagi tavamõistusele täiesti arusaamatut – pannud valguse seisma.

Valguse kiirus vaakumis on konstantne suurus, kuid reaalsuses on lood pisut teised. Valgust on võimalik gravitatsioonijõu abil painutada ning erinevate materjalidega pisut aeglustada. Näiteks õhus on valgus aeglasem kui vaakumis ning klaasis veel aeglasem. See pole aga veel midagi võrreldes Bose-Einsteini kondensaadiga. „Esiteks aeglustasime me valguse umbes jalgratta kiiruseni, seejärel peatasime ta täielikult, hoidsime kondensaadi sees ning mängisime sellega nii, nagu ise tahtsime. Kui aga soovisime, siis lasime ta jälle kondensaadi seest välja,” ütles Hau. Hau uurib valguse käitumist kondensaadis, et kasutada seda tulevikus peamiselt arvutustehnika arendamisel ning info säilitamisel.

Siiski ei keerle kõik ülimadalate temperatuuridega seonduv Bose-Einsteini kondensaadi ümber. Soome füüsik Juha Tuoriniemi mõjutab magnetitega roodiumi aatomite tuumi, et jõuda nii võimalikult madalate temperatuurideni. Paljud peavad Tuoriniemi saavutust kõige madalama temperatuuri saavutamisel isegi Ketterle oma ületavaks, kuid siin tuleb tähele panna asjaolu, et erinevalt kondensaadikatsetest käib jutt vaid aatomituumadest, mitte tervetest aatomitest.

Võiks tunduda, et kui juba ollakse nii lähedal, siis võiks proovida saavutada ka absoluutset nulli, kuid Ketterle sõnul pole seda vaja. „Me ei proovi seda, sest meie eksperimendid töötavad niigi. Asi lihtsalt ei oleks vaeva väärt, rääkimata sellest, et termodünaamika seisukohast on see nagunii võimatu. Et imeda ainest välja kogu energia, iga viimane kui piisk, selleks kuluks sama palju aega, kui kogu universum on eksisteerinud,” ütles Ketterle.

Raadio ettevõtlikule inimesele

Äripäeva raadio 92.4

Hetkel eetris

Kava

Vaata kogu kava
Äripäev http://www.aripaev.ee/img/id-aripaev.svg
23. January 2008, 10:45
Otsi:

Ava täpsem otsing