Dicembre 7, 2022

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Cosa succede quando si raggiunge la temperatura zero assoluta?

Un gruppo di ricercatori dell’Università di Kyoto in Giappone e della Rice University negli Stati Uniti sono riusciti a ottenerlo in laboratorio La temperatura più bassa mai raggiunta3 miliardi di volte più freddo dello spazio profondo, che si sta ancora riscaldando luce del sole la grande esplosione, che è 4,2 Kelvin. Per ottenere ciò, hanno raffreddato un file Fermi gas di nuclei di itterbio, che si comportano come un problema SU(6), dove SU è gruppo di unità specialiche è un modo matematico per descrivere la simmetria, e N = 6 indica i possibili stati di rotazione delle particelle nel modello, utilizzando raffreddamento laser.

Questo risultato apre le porte a Sviluppare nuovo materiale Con proprietà inimmaginabili Osserva i sistemi fisici che non possono essere spiegati dalle leggi della termodinamica. Dobbiamo rivolgerci alla meccanica quantistica per avvicinarci alla comprensione. Questa è la temperatura più bassa mai raggiunta nell’intero universo a meno che una civiltà extraterrestre non stia conducendo questi stessi esperimenti da qualche parte nell’universo e abbia qualche vantaggio su di noi, ma cosa succede alla materia a queste alte temperature? basso? Quello che sappiamo è che l’attività degli atomi si fermerà completamente e accadranno cose strane.

Questo video animato mostra sei laser finemente sintonizzati utilizzati presso il Cold Atom Laboratory della NASA sulla Stazione Spaziale Internazionale per rallentare gli atomi e ridurne la temperatura.
NASA/JPL-Caltech

Ad esempio, a temperature prossime allo zero assoluto, l’elio diventa un superfluido, uno stato caratterizzato dalla completa assenza di viscosità. Ciò significa che può attraversare pareti e qualsiasi tipo di materiale, poroso o non poroso, e arrampicarsi sulle pareti dei contenitori che contiene. Tuttavia, a differenza della maggior parte degli articoli, non è congelato.

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Dimmi come ti muovi e ti dirò qual è la tua temperatura

La temperatura è una misura microscopica del grado di agitazione atomica e/o molecolare causata da una sostanza. Maggiore è l’eccitazione, maggiore è la temperatura. Nel caso di un gas monoatomico, come l’elio, l’agitazione è ridotta a movimento brownie. Nei gas biatomici, come l’ossigeno, dobbiamo aggiungere Stato di agitazione: vibrazioni o oscillazioni interne, ecc..

Utilizzando il Cold Atom Laboratory della NASA, la prima struttura di fisica quantistica a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, i ricercatori hanno campionato atomi raffreddati a un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto e li hanno formati in sfere cave estremamente sottili.
ContenitoreE il CC DI

La prima persona a sviluppare un termometro obiettivo è stata l’astronomo e fisico svedese Anders Celsius Nel 1742 Celsius realizzò la scala che porta il suo nome (la scala della temperatura centigrada), che divide l’intervallo di temperatura tra il punto di fusione e quello di ebollizione dell’acqua a pressione atmosferica in 100 divisioni o gradi.

In Spagna, fino al 1948, questa scala era chiamata scala Celsius e, sebbene molti di noi continuino a usarla, non è più del tutto corretto farlo. Un secolo dopo l’avvento della scala Celsius, Lord Kelvin Ha proposto la scala della temperatura assoluta, il cui zero è, infatti, lo zero assoluto, corrispondente a -273,15 ℃. Questa scala ha una base più fisica poiché il materiale smette di vibrare a zero Kelvin.

La temperatura alla quale la vita è possibile

La temperatura media sulla Terra è di circa 14°C, con la temperatura più bassa registrata di -89,2°C in Antartide e la più alta di 54,4°C nella Death Valley, in California.

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In effetti, se mettiamo gli intervalli di temperatura in cui la vita come sappiamo è possibile all’interno della scala della temperatura assoluta, ci rendiamo conto che siamo più vicini allo zero assoluto rispetto alle temperature più alte dell’universo. Ad esempio, la superficie della nostra stella, il Sole, è di circa 5600. Non così è il suo centro, che ha una temperatura stimata di 15 milioni di gradi Kelvin.

Tutti sono sereni! Zero Kelvin è vicino

a temperature molto elevate, Tutti i tipi di materiali si trasformano in gas e ottengono velocità di agitazione molto elevate. Al contrario, a temperature prossime allo zero assoluto, la materia si comporta in modo del tutto speciale. A rigor di termini, a zero Kelvin, tutto il movimento si interrompe, anche gli elettroni in orbita attorno ai nuclei degli atomi.

Uno di questi comportamenti molto speciali, che si verificano in un qualche tipo di materia (costituita da bosoni come nuclei atomici con spin interi o particelle responsabili della trasmissione di una delle quattro forze fondamentali: fotoni, gluoni, ecc.), era stato previsto qualche tempo fa più di un secolo fa Albert Einstein Un esperto di fisica matematica Satyendra Nathan Boss.

Quando un gruppo di bosoni raggiunge questo stato, scendono tutti al livello di energia più basso possibile. Questo stato della materia è chiamato Condensato di Bose-Einsteinin onore dei fisici che l’hanno predetto.

Se invece di una sostanza bosoniana, allora è una sostanza fermionica, come I nuclei ruotano di mezzo interoprotoni, elettroni, ecc., viene chiamato lo stato della materia raggiunto vicino allo zero assoluto Fermi liquidosimile al gas di Fermi.

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In alcuni casi di temperature estremamente basse, il fluido di Fermi può comportarsi come a super liquidoovvero un liquido a viscosità assolutamente nulla, che è in grado di risalire una parete verticale come accade con l’elio.

Durante S. 19 La scienza ha visto un’attività frenetica La corsa allo zero assoluto. La ricerca continua. Ma ora, con le tecnologie di raffreddamento laser, siamo molto vicini.Conversazione

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Francisco José Torcal Milla, Professore Associato. Dipartimento di Fisica Applicata. Ruolo: EINA. Istituto: I3A, Università di Saragozza

Questo articolo è stato originariamente pubblicato Conversazione. Leggi il Un nativo.