Av Hazel Muir
(Bild: ESA/NASA)
De märkliga saker som händer vid låga temperaturer fortsätter att ge upphov till överraskningar. Förra veckan rapporterade forskare att molekyler i en ultrakall gas kan reagera kemiskt på avstånd som är upp till 100 gånger större än vad de kan göra vid rumstemperatur.
I experiment närmare rumstemperatur tenderar kemiska reaktioner att sakta ner när temperaturen sjunker. Men forskarna fann att molekyler vid iskalla temperaturer bara några hundra miljarddels grader över den absoluta nollpunkten (-273,15 °C eller 0 kelvin) fortfarande kan utbyta atomer och skapa nya kemiska bindningar i processen, tack vare märkliga kvanteffekter som utökar deras räckvidd vid låga temperaturer.
”Det är helt rimligt att förvänta sig att det inte skulle finnas någon kemi att tala om när man går till den ultrakalla regimen”, säger Deborah Jin från University of Colorado i Boulder, vars forskargrupp rapporterade upptäckten i Science (DOI: 10.1126/science.1184121). ”Den här artikeln säger nej, det finns en hel del kemi som pågår.”
Advertising
New Scientist tar en titt på det ultrakalla rummets märkliga och underbara värld.
Varför är den absoluta nollan (0 kelvin eller -273,15 °C) ett omöjligt mål?
Praktiskt sett ökar det arbete som krävs för att avlägsna värme från en gas ju kallare man blir, och det skulle krävas oändligt mycket arbete för att kyla ner något till absolut noll. I kvanttermer kan man skylla på Heisenbergs osäkerhetsprincip, som säger att ju mer exakt vi känner till en partikels hastighet, desto mindre vet vi om dess position, och vice versa. Om du vet att dina atomer befinner sig i ditt experiment måste det finnas en viss osäkerhet i deras rörelsemängd som håller dem över den absoluta nollpunkten – om inte ditt experiment är lika stort som hela universum.
Vad är den kallaste platsen i solsystemet?
Den lägsta temperatur som någonsin uppmätts i solsystemet var på månen. Förra året uppmätte NASA:s Lunar Reconnaissance Orbiter temperaturer så låga som -240 °C i permanent skuggade kratrar nära månens sydpol. Det är cirka 10 grader kallare än de temperaturer som hittills uppmätts på Pluto. Brrrrrrrrrrr.
Vad är det kallaste naturliga objektet i universum?
Den kallaste kända platsen i universum är Boomerangnebulosan, 5 000 ljusår från oss i stjärnbilden Centaurus. Forskare rapporterade 1997 att gaser som blåser ut från en central döende stjärna har expanderat och snabbt svalnat till 1 kelvin, endast en grad varmare än den absoluta nollpunkten. Vanligtvis har gasmoln i rymden värmts upp till minst 2,7 kelvin av den kosmiska mikrovågsbakgrunden, den kvarvarande strålningen från big bang. Men Boomerangnebulans expansion skapar ett slags kosmiskt kylskåp som gör att gaserna kan behålla sin ovanliga kyla.
Vad är det kallaste objektet i rymden?
Om man räknar med konstgjorda satelliter blir det ännu kyligare. Vissa instrument på Europeiska rymdorganisationens rymdobservatorium Planck, som lanserades i maj 2009, är nedfrysta till 0,1 kelvin för att undertrycka mikrovågsbrus som annars skulle dölja satellitens syn. Rymdmiljön, i kombination med mekaniska och kryogena kylsystem som använder väte och helium, kyler de kallaste instrumenten till 0,1 kelvin i fyra på varandra följande steg.
Vad är den lägsta temperatur som någonsin uppnåtts i laboratoriet?
Den lägsta temperatur som någonsin registrerats var här på jorden i ett laboratorium. I september 2003 meddelade forskare vid Massachusetts Institute of Technology att de hade kylt ner ett moln av natriumatomer till rekordhöga 0,45 nanokelvin. Tidigare hade forskare vid Helsingfors tekniska universitet i Finland 1999 uppnått en temperatur på 0,1 nanokelvin i en bit rhodiummetall. Detta var dock temperaturen för bara en viss typ av rörelse – en kvantegenskap som kallas kärnspinn – inte den totala temperaturen för alla möjliga rörelser.
Vilket konstigt beteende kan gaser uppvisa nära den absoluta nollpunkten?
I vardagliga fasta ämnen, vätskor och gaser uppstår värme eller termisk energi från rörelsen hos atomer och molekyler när de snurrar runt och studsar mot varandra. Men vid mycket låga temperaturer gäller kvantmekanikens märkliga regler. Molekyler kolliderar inte i konventionell mening, utan deras kvantmekaniska vågor sträcker sig och överlappar varandra. När de överlappar varandra på detta sätt bildar de ibland ett så kallat Bose-Einstein-kondensat, där alla atomer agerar identiskt som en enda ”superatom”. Det första rena Bose-Einstein-kondensatet skapades i Colorado 1995 med hjälp av ett moln av rubidiumatomer som kylts ned till mindre än 170 nanokelvin.
Mer om dessa ämnen:
- kvantmekanik
- temperatur
- absolut nollpunkt