Можно ли достичь абсолютного нуля?

Абсолютный ноль — теоретически минимальная достижимая температура, которую ученые расположили на отметке -273,15 по Цельсию. Она даже ниже, чем температура вакуума в космосе. Но возможно ли достичь этой планки и зачем она нужна? Портал livescience.com разобрался в вопросе.

Прежде всего, важно разобраться, что такое температура. Мы привыкли думать о ней в категориях «горячее» и «холодное», но на самом деле температура измеряет энергию или вибрации всех частиц в системе. Горячие предметы обладают большей энергией, поэтому их частицы могут вибрировать быстрее. Абсолютным нулем называется температура, при которой частицы совсем перестают двигаться.

Ученые заинтересованы в этом феномене, т.к. при низких температурах (и медленной вибрации частиц) проявляются необычные квантовые эффекты. Фундаментальный принцип квантовой механики называется «квантово-волновым дуализмом»: это феномен, при котором частицы, вроде фотонов света, могут обладать либо свойствами частицы, либо свойствами волны.

Проблема в том, что наблюдать за этими частицами и волнами по одиночке тем же образом, что мы наблюдаем за крупными объектами, невозможно. Принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что, чем точнее измеряется одна характеристика частицы, тем менее точно можно измерить другую. Но при низких температурах поведение квантовых частиц меняется: благодаря им проявляются такие феномены, как суперпроводимость и ультрахолодная атомная конденсация.

Ранние эксперименты с ультранизкими температурами задействовали технику, известную как лазерное охлаждение. Свет воздействует на атомы с достаточной силой, чтобы замедлить их до низкой температуры, около -272 градусов Цельсия. Ее достаточно, чтобы наблюдать за квантовым поведением в твердых и жидких материях, однако для газов необходимо достичь хотя бы 10 секунд нано-кельвиновской температуры.

На данный момент рекорд за самую низкую температуру, созданную в лабораторных условиях, принадлежит группе немецких ученых. В 2021 году они сбрасывали намагниченные атомы газа со 120-метровой башни, постоянно включая и выключая магнитное поле, чтобы замедлить частицы почти до полной остановки. В результате атомы газа охладились до 38 пикокельвинов — или 38 триллионных долей Цельсия над абсолютным нулем.