محققان، رفتار مولکول‌ها را در دمای نزدیک به صفر مطلق بررسی کردند

دنیای متفاوت مواد در دمای بی‌نهایت سرد

محققان مولکول‌ها را تا نزدیکی دمای صفر مطلق (منفی 273 درجه سانتی‌گراد) سرد کرده‌اند؛ دمایی که اندکی پس از وقوع مهبانگ رخ داده است. به گفته دانشمندان، اینها سردترین مولکول‌هایی هستند که تاکنون خلق شده‌اند.

کد خبر: ۸۱۶۰۱۴

این دستاورد به فیزیکدانان کمک می‌کند درباره اتفاقاتی بیندیشند که در شرایط دمایی بسیار سرد حادث می‌شود. اتم‌ها و مولکول‌ها در دمای طبیعی روزمره با سرعت بالا اطراف ما حرکت و گاهی به هم برخورد می‌کنند، اما زمانی که دما بی‌نهایت سرد می‌شود، اتفاقات نادری می‌افتد.

فیزیکدانان معتقدند، در دمای بسیار سرد می‌توان مولکول‌ها و اتم‌ها را فشرده و به یک قالب واحد تبدیل کرد. به نظر می‌رسد این حالتی عجیب در ماده است که هرگز تاکنون مشاهده نشده و یکی از 9 مساله اسرارآمیز حل نشده در فیزیک است. تیمی از متخصصان دانشگاه ام‌آی‌تی به رهبری مارتین زورلین با استفاده از لیزر، دمای گاز پتاسیم سدیم را به منظور از هم پاشیدن انرژی تک‌تک مولکول‌های گاز پایین آوردند. آنها دمای مولکول‌های گاز را تا اندازه‌ای پایین آوردند که تنها 500 میلیونیوم درجه از دمای صفر مطلق یعنی منفی 273 درجه سانتی‌گراد بالاتر بود. این دما یک میلیون بار سردتر از دمای فضای بین ستاره‌ای است. چگالی گاز مورد آزمایش آن‌قدر پایین است که می‌توان آن را نزدیک به خلأ در نظر گرفت. آنها دریافتند، مولکول‌ها کاملا پایدار است و تمایلی به انجام واکنش با مولکول‌های اطراف خود ندارد.

سدیم و پتاسیم که هر دو بار مثبت دارند، معمولا ترکیبی تشکیل نمی‌دهند و یکدیگر را دفع می‌کنند. این حالت، سبب جذب عناصری مانند کلر شده که باعث تولید نمک طعام (NACL) یا کلرید پتاسیم می‌شود. تیم محققان با استفاده از تبخیر و سپس لیزر برای خنک کردن ابرهای اتمی هر یک از این دو عنصر استفاده کردند. سپس با اعمال یک میدان مغناطیسی باعث شدند، این دو به یکدیگر بچسبند و یک مولکول‌ سدیم ـ پتاسیم شکل دهند. دانشمندان سپس از دو لیزر دیگر برای خنک کردن مولکول‌ سدیم ـ پتاسیم استفاده کردند. یک لیزر در فرکانس مخصوصی تنظیم شده بود که با حالت ارتعاش اولیه مولکول‌ مطابقت داشت و لیزر دیگری با پایین‌ترین حالت ممکن مولکول‌ تطابق داشت. مولکول سدیم ـ پتاسیم انرژی پایین‌تر را از یک لیزر دریافت می‌کرد و انرژی را به سمت لیزر با فرکانس بالاتر ساطع می‌کرد. نتیجه این فرآیند، یک حالت انرژی بسیار کم و یک مولکول‌ بشدت سرد بود. البته مولکول‌ سدیم ـ پتاسیم هنوز به اندازه ترکیبات شیمیایی روزمره پایدار نیست و تنها 5‌/‌2 ثانیه دوام آورده و پیوند میان دو عنصرش شکسته می‌شود. در چنین شرایط سخت و دمای پایینی، همین مقدار هم زمان بسیار زیادی محسوب می‌شود. این یک گام به سمت خنک کردن مولکول‌ و حتی فراتر از آن، قدمی برای مشاهده برخی اثرات مکانیک کوانتومی است که نظریه‌ها پیش‌بینی می‌کنند. چنین اثراتی در مواد تک‌اتمی مانند هلیوم نشان داده شده، اما هرگز در مولکول‌هایی که پیچیده‌تر از اتم هستند و چرخش و ارتعاش دارند، دیده نشده‌است.برای مثال یک هلیوم فوق‌العاده سرد به یک مایع بدون ویسکوزیته (اَبَر مایع) تبدیل می‌شود. به لحاظ تئوری ممکن است مولکول‌ها وارد چنین حالات عجیب و غریبی شوند.