30 september 2020

Bose-Einstein atomen gekoeld tot onder het absolute nulpunt

temperatuur

Bij positieve temperaturen boven 0 K (blauw) nemen atomen vaker lagere energiestaten aan, bij negatieve temperaturen onder 0 K (rood) is dat precies andersom. Credit: LMU / MPQ Munich

Duitse wetenschappers zijn er in geslaagd om kaliumatomen zo ver af te koelen dat ze kouder waren dan het absolute nulpunt, -273,15 °C of 0 Kelvin (K), aldus een vandaag in Science verschenen artikel. Dat is heel opmerkelijk, want we leren toch altijd in de schoolbanken dat niets kouder kan zijn dan dat absolute nulpunt, omdat anders de atomen stil zouden staan. En atomen kunnen niet stil staan, omdat ze een nulpuntsenergie hebben, die weer het gevolg is van het onzekerheidsprincipe van Heisenberg. Maar het kan kennelijk toch. Het gaat om kaliumatomen – 11.000 stuks – die in een zogeheten Bose-Einsteincondensaat zijn gebracht, waarbij ze hun individuele eigenschappen verliezen en één samenhangend geheel vormen. Bereikte temperatuur van het wolkje atomen: -2,2 en -2,7 K. In een ‘normaal’ gas met temperaturen boven het absolute nulpunt hanteren atomen altijd een zogenaamde Boltzmann-verdeling van energiestaten: atomen nemen vaker lagere energiestaten aan dan hogere energiestaten. Bij het absolute nulpunt hebben ze de laagste energiestaat, bij een oneindig hoge temperatuur de hoogste energiestaat. Om temperaturen onder 0 K voor te kunnen stellen moet je de temperatuurschaal niet lineair voorstellen (van 0 K Ã¢â€ â€™ Ã¢Ë†Å¾ K), maar als een cirkel, met als bovenste ‘loop’ de ‘positieve’ temperaturen tussen 0 en ∞ K en als onderste loop de ‘negatieve’ temperaturen, die kouder zijn dan 0 K én warmer dan Ã¢Ë†Å¾ K. Dat laatste is bijzonder, want er is dus kennelijk een verband tussen de koudste en warmste temperatuur. In het gas dat Immanuel Bloch en zijn collega’s van de Ludwig-Maximilians-Universitá¤t wisten te creëren was de druk niet positief, zoals in gewone gassen, maar negatief. Ook was de viscositeit negatief: een object of signaal dat erdoor vliegt wordt niet afgeremd door wrijving, maar versneld. In het condensaat heerste een omgekeerde Boltzmann-verdeling, waarbij de atomen vaker hogere energiestaten aannemen dan lagere energiestaten. Als atomen met positieve temperaturen energie vrijgeven verhogen ze de entropie van het systeem, een maat voor de hoeveelheid wanorde. Bij negatieve temperaturen is het precies andersom: als atomen met zulke temperaturen energie afgeven absorberen ze de entropie en neemt deze in het systeem af. Het interessante van deze experimenten is dat ze wellicht verband houden met de donkere energie, waardoor het heelal versneld uitdijt, zoals sterrenkundigen in 1998 ontdekten. Die mysterieuze donkere energie heeft ook een negatieve druk, net zoals de Bose-Einsteinatomen met de negatieve temperatuur. Wordt vast en zeker vervolgd! Bron: Space.com + Volkskrant.

 

Comments

  1. Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

    Wow! Ik heb het idee dat de onderzoekers hier op iets heel wezenlijks en fundamenteels zijn gestuit, mogelijk zelfs Nobelprijs-materiaal!

    • Ja, dat zou best wel eens kunnen. Maar dan hebben we in 2013 wel een probleem, want wie gaat er dan met de prijs vandoor? De Higgs-theoretici of deze onderzoekers?

      • Wikkie Wokkie zegt

        Die prijs zou moeten gaan naar alle wetenschappers die zich hier mee bezig houden is mijn mening.
        Heel interessant verhaal dit. Het zou inderdaad wel eens een een niewe bladzijde kunnen betekenen.
        Ben benieuwd..

        Frank

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: