De Hazel Muir
(Imagine: ESA/NASA)
Celelalte lucruri curioase care se întâmplă la temperaturi scăzute continuă să producă surprize. Săptămâna trecută, oamenii de știință au raportat că moleculele dintr-un gaz ultra-rece pot reacționa chimic la distanțe de până la 100 de ori mai mari decât la temperatura camerei.
În experimentele mai apropiate de temperatura camerei, reacțiile chimice tind să încetinească pe măsură ce temperatura scade. Dar oamenii de știință au descoperit că moleculele aflate la temperaturi friguroase cu doar câteva sute de miliardimi de grad peste zero absolut (-273,15°C sau 0 kelvin) pot totuși să facă schimb de atomi, făurind noi legături chimice în acest proces, datorită unor efecte cuantice ciudate care își extind raza de acțiune la temperaturi scăzute.
„Este perfect rezonabil să ne așteptăm ca atunci când trecem la regimul ultra rece să nu mai existe chimie de care să vorbim”, spune Deborah Jin de la Universitatea Colorado din Boulder, a cărei echipă a raportat descoperirea în Science (DOI: 10.1126/science.1184121). „Această lucrare spune că nu, există o mulțime de chimie în desfășurare”.
Publicitate
New Scientist aruncă o privire asupra tărâmului ciudat și minunat al ultrafrigorii.
De ce este zero absolut (0 kelvin sau -273,15°C) un obiectiv imposibil?
Practic, munca necesară pentru a elimina căldura dintr-un gaz crește cu cât te răcești mai mult, și ar fi nevoie de o cantitate infinită de muncă pentru a răci ceva la zero absolut. În termeni cuantici, puteți da vina pe principiul de incertitudine al lui Heisenberg, care spune că, cu cât cunoaștem cu mai multă precizie viteza unei particule, cu atât mai puțin știm despre poziția acesteia și viceversa. Dacă știți că atomii dvs. se află în interiorul experimentului dvs., trebuie să existe o anumită incertitudine în ceea ce privește momentul lor care îi menține peste zero absolut – cu excepția cazului în care experimentul dvs. are dimensiunea întregului univers.
Care este cel mai rece loc din sistemul solar?
Cea mai scăzută temperatură măsurată vreodată în sistemul solar a fost pe Lună. Anul trecut, Lunar Reconnaissance Orbiter al NASA a măsurat temperaturi de până la -240°C în craterele permanent umbrite din apropierea polului sud lunar. Aceasta este cu aproximativ 10 grade mai rece decât temperaturile măsurate până acum pe Pluto. Brrrrrrrrrrrrr.
Care este cel mai rece obiect natural din univers?
Cel mai rece loc cunoscut din univers este Nebuloasa Boomerang, aflată la 5.000 de ani lumină de noi, în constelația Centaurus. Oamenii de știință au raportat în 1997 că gazele care suflau dintr-o stea centrală muribundă s-au extins și s-au răcit rapid până la 1 kelvin, cu doar un grad mai cald decât zero absolut. De obicei, norii de gaz din spațiu au fost încălziți până la cel puțin 2,7 kelvin de către fondul cosmic de microunde, radiația relicvă rămasă de la big bang. Dar expansiunea Nebuloasei Boomerang creează un fel de frig cosmic, permițând gazelor să își mențină răcoarea neobișnuită.
Care este cel mai rece obiect din spațiu?
Dacă numărați sateliții artificiali, lucrurile devin și mai reci. Unele instrumente de pe observatorul spațial Planck al Agenției Spațiale Europene, lansat în mai 2009, sunt înghețate până la 0,1 kelvin, pentru a suprima zgomotul de microunde care altfel ar încețoșa vederea satelitului. Mediul spațial, combinat cu sisteme de refrigerare mecanică și criogenică care utilizează hidrogen și heliu, răcește cele mai reci instrumente până la 0,1 kelvin în patru etape secvențiale.
Care este cea mai scăzută temperatură atinsă vreodată în laborator?
Cea mai scăzută temperatură înregistrată vreodată a fost aici, pe Pământ, într-un laborator. În septembrie 2003, oamenii de știință de la Massachusetts Institute of Technology au anunțat că au răcit un nor de atomi de sodiu până la o temperatură record de 0,45 nanokelvin. Anterior, în 1999, oamenii de știință de la Universitatea de Tehnologie din Helsinki, Finlanda, au atins o temperatură de 0,1 nanokelvin într-o bucată de rodiu metalic. Cu toate acestea, aceasta a fost temperatura pentru un anumit tip de mișcare – o proprietate cuantică numită spin nuclear – și nu temperatura generală pentru toate mișcările posibile.
Ce comportamente ciudate pot prezenta gazele în apropierea zero absolut?
În solidele, lichidele și gazele de zi cu zi, căldura sau energia termică rezultă din mișcarea atomilor și moleculelor, pe măsură ce acestea se învârt și ricoșează unele în altele. Dar, la temperaturi foarte scăzute, domnesc regulile ciudate ale mecanicii cuantice. Moleculele nu se ciocnesc în sensul convențional; în schimb, undele lor mecanice cuantice se întind și se suprapun. Atunci când se suprapun astfel, ele formează uneori un așa-numit condensat Bose-Einstein, în care toți atomii acționează identic, ca un singur „super-atom”. Primul condensat Bose-Einstein pur a fost creat în Colorado, în 1995, folosind un nor de atomi de rubidiu răcit la mai puțin de 170 nanokelvin.
Mai multe pe aceste teme:
- mecanica cuantică
- temperatură
- zero absolut
.