أضواء على الأبحاث

غاز كَمّي متجمد يحقق رقمًا قياسيًّا

  • Published online:

Credit: National Institute of Standards and Technology/Science Photo Library

تمكَّنت مجموعة من علماء الفيزياء من الوصول إلى ما وصفوها بدرجة الحرارة الأدنى على الإطلاق حتى وقتنا هذا، وهي 0.038 جزء من مليار جزء من درجة واحدة فوق الصفر المطلق، وذلك بإبطاء تَمَدّد غاز كمّي.

ولتحقيق ذلك، استخدم إرنست راسل، من جامعة لايبنتس في هانوفر بألمانيا، وزملاؤه المشاركون في التجربة، مجالًا مغناطيسيًّا لاحتجاز غاز من ذرات الروبيديوم في حجيرة مُفَرّغة، ثم بَرّدوا الغاز إلى مستوى جزءين من مليار جزء من درجة واحدة فوق الصفر المطلق، وذلك لدفع الغاز إلى ما يُعرف بحالة تَكَثُّف «بوز-أينشتاين» (المحاكاة موضحة في الصورة)، وهي حالة للمادة تكون فيها الذرات بطيئة الحركة للغاية، لدرجة أنها تتصرف كموجة كمّية واحدة، لا كجسيمات مستقلة بعضها عن بعض.

وكان الباحثون قد وضعوا التجهيزات في برج «بريمن دروب«، وهو مرفق بحثي في ألمانيا يدرس الجاذبية الصغرى، ثم وفروا لجهازهم الظروف المواتية لتحقيق السقوط الحر. وخلال رحلة السقوط، التي امتدت إلى 120 مترًا، أطفأ الباحثون المجال المغناطيسي، وهو ما أطلق المُتَكَثّف من مَحْبَسه، ليتمدد في حالة انعدام الجاذبية التي أتاحها السقوط الحر.

بعد ذلك، نَشّط الباحثون المجال المغناطيسي مرة أخرى، ثم عطَّلوه، ما أبطأ تمدد المتكثف إلى درجة التوقف الكامل عن التمدد تقريبًا. ولما كانت الحرارة تعتمد على السرعة الجزيئية، فقد تبيَّن أن تلك التجربة تماثِل تبريد المتكثف إلى درجةِ حرارة لم يسبق تسجيلها من قبل.

Nature 597, 306 (2021)