Vật thể lạnh nhất thế giới

Các nhà nghiên cứu sử dụng chùm tia laser và bẫy quang từ để làm lạnh nguyên tử tới nhiệt độ -273 độ C.

Vật liệu lạnh nhất thế giới không nằm ở Nam Cực, chúng cũng không nằm trên đỉnh núi Everest hay chôn vùi dưới sông băng, chúng ở trong phòng thí nghiệm vật lý.

Những đám mây khí có nhiệt độ chỉ trên độ 0 tuyệt đối một chút. Mức nhiệt đố đó lạnh hơn 395 triệu lần so với tủ lạnh của bạn, lạnh hơn 100 triệu lần so với nitơ lỏng và lạnh hơn 4 triệu lần so với khoảng không vũ trụ.

Nhiệt độ thấp tới mức này giúp các nhà khoa học xem xét hoạt động bên trong vật chất, cho phép các kĩ sư chế tạo nhiều thiết bị cực nhạy, giúp chúng ta hiểu hơn về mọi thứ từ vị trí của chúng ta trên hành tinh tới những gì đang xảy ra tại nơi xa xôi nhất của vũ trụ.

Các nhà khoa học tìm ra cách trực tiếp để giảm tốc độ nguyên tử bằng chùm tia laser.

Chúng ta tạo ra nhiệt độ thấp cực điểm bằng cách nào? Bằng cách làm chậm tốc độ của hạt di chuyển.

Khi nói về nhiệt độ, thực chất chúng ta đang nói đến chuyển động. Các nguyên tử tạo thành chất rắn và khí, liên tục di chuyển. Khi nguyên tử di chuyển nhanh hơn, chúng ta có vật chất nóng. Khi chúng di chuyển chậm hơn, chúng ta có vật chất lạnh.

Để làm một vật thể hoặc một loại khí chuyển từ nóng sang lạnh trong đời sống hàng ngày, chúng ta đặt chúng vào môi trường lạnh hơn như: tủ lạnh. Một phần chuyển động của nguyên tử trong vật thể nóng chuyển sang môi trường xung quanh, khiến vật thể nguội đi. Nhưng quá trình này còn một giới hạn.

Ngay cả chân không vũ trụ cũng không đủ lạnh để tạo ra nhiệt độ siêu thấp. Thay vào đó, các nhà khoa học tìm ra cách trực tiếp để giảm tốc độ nguyên tử bằng chùm tia laser.

Trong phần lớn trường hợp, năng lượng của tia laser làm nóng vật chất. Nhưng sử dụng một cách chính xác, động lực của chùm tia có thể cản nguyên tử đang di chuyển, làm chúng hạ nhiệt. Đó là những gì xảy ra trong bẫy quang từ.

Nguyên tử được đưa vào buồng chân không và từ trường hút chúng vào trung tâm. Chùm tia laser hướng vào chính giữa buồng chứa được chỉnh theo tần số thích hợp để nguyên tử di chuyển về phía đó hấp thụ proton của chùm laser và giảm tốc độ.

Hiệu ứng giảm tốc độ đến từ quá trình truyền động lượng giữa nguyên tử và photon. Tổng cộng 6 chùm tia, sắp theo hướng vuông góc, đảm bảo nguyên tử di chuyển theo mọi hướng đều bị chặn lại.

Ở trung tâm, khi các chùm tia giao nhau, nguyên tử di chuyển chậm chạm, như thể mắc kẹt trong chất lỏng đặc, hiệu ứng mà các nhà khoa học gọi là "optical molasses".

Bẫy quang học kiểu này có thể làm lạnh nguyên tử tới 274 độ C.