دستگاهی برای بررسی قوانین فیزیک در نزدیک صفر مطلق

در حالی که از نظر ریاضی ثابت شده‌است که رسیدن به صفر مطلق غیرممکن است، به نظر می‌رسد فیزیک به طرز عجیبی به سختی در دمای بالاتر از صفر مطلق عمل کند. دستگاه جدیدی برای بررسی بیشتر این منطقه ساخته شده‌است.

چیپ الکترونیکی

دانشمندان مدت‌هاست که نسبت به فیزیک نزدیک صفر مطلق کنجکاو شده‌اند (درجه حرارت ۰ درجهٔ کلوین یا ۲۷۳.۱۵ –  درجهٔ سانتیگراد، جایی که حرکت ذرات به کمترین مقدار ممکن می‌رسد). با این حال که این حد تئوری است، رسیدن به صفر مطلق غیرممکن است: همان‌طور که شما به حذف گرما از گاز برای خنک کردن آن ادامه می‌دهید، کار لازم برای حذف گرما افزایش می‌یابد؛ در این دما، کار برای حذف گرمای اضافی بی‌نهایت می‌شود.

با این وجود دانشمندان از تلاش‌شان راضی نیستند. گروهی در دانشگاه بازل به تازگی یک وسیله را طراحی کرده‌اند که ما را بیشتر از گذشته به سردترین نقطه نزدیک می‌کند و می‌تواند فیزیک عجیبی را که در نزدیکی صفر مطلق اتفاق می‌افتد، کشف کند.

این تیم یک تراشهٔ نانوالکترونیک را تولید کرد که می‌تواند تا رکورد ۲.۸ میلی‌کلوین خنک شود. این دستگاه با استفاده از خنک‌کنندهٔ مغناطیسی که از طریق میدان مغناطیسی کار می‌کند اتصالات الکتریکی تراشه را تا ۱۵۰ میکروکلویین کاهش می‌دهد. با استفاده از یک سیستم میدان مغناطیسی طراحی‌شده، دماسنج را برای اندازه‌گیری دما، خنک کرده و تراشه را برای مدت هفت ساعت سرد نگه داشته‌اند. این دورهٔ طولانی‌مدت، به تیم اجازه داد تا این حالت مافوق سرد را تجربه کند.

در حالی که خود تراشه قابل‌توجه است، بخش هیجان‌انگیز این آزمایش نیست. این تراشه با پتانسیل بسیار بالایی که دارد دریچه‌ای برای درک این‌که در فیزیک نزدیک به صفر مطلق چه اتفاقی می‌افتد، باز می‌کند. این درک می‌تواند همچنان افزایش یابد، همان‌طور که محققان امیدوارند دستگاه و آزمایش آن‌ها  بهبود یابد تا نهایتاً به ۱ میکروکلوین برسد.

چیپ الکترونیکی

در طول سال گذشته، حد قابل‌رؤیت (که همچنین به عنوان حد آستانهٔ کوانتومی شناخته می‌شود) از این‌که تا چه اندازه شما می‌توانید جسم را خنک کنید به طور تجربی مورد سؤال قرار گرفت. محققان توانستند یک شیء را به کمتر از یک‌پنجم از یک کوانتوم که کمتر از «حد کوانتومی» است، خنک کنند. اما بعدها دانشمندان به طور رسمی قانون سوم ترمودینامیک را ثابت کردند که نشان می‌داد از لحاظ ریاضی خنک کردن تا نقطهٔ صفر مطلق غیرممکن است.

فضای فیزیکی عجیب در رسیدن به صفر مطلق نسبتا ناشناخته است، زیرا تجربهٔ بسیار پیچیده‌ای است. با استفاده از توانایی نوآوری ما برای تحقیق در حالت مافوق سرد، هنوز در مورد فیزیک در این دماها مطالب زیادی هست که باید یاد بگیریم.

علاوه بر این، درک کامل صفر مطلق می‌تواند به طور بالقوه الکترونیک مدرن را بهبود بخشد. عملکرد ترانزیستورها به شدت تحت تأثیر دماست. ترانزیستورهای سنتی از طریق گرمای بیش از حد گرم می‌شوند، چیزی که معمولاً اتفاق می افتد. ترانزیستورهایی که در رایانه‌ها، دستگاه‌های هوشمند و سایر دستگاه‌های الکترونیکی موجود در بازار استفاده می‌شود، در دماهای بسیار پایین اندکی جزئی بیش از صفر مطلق، بسیار کارآمدند.

استفاده از درجه حرارت بسیار پایین می‌تواند نه تنها الکترونیک خانوار را بهبود بخشد، بلکه از فناوری‌هایی که ما برای کشف گسترهٔ کیهان استفاده می‌کنیم، پشتیبانی می‌کند. دوربین‌های مادون قرمز ساخته‌شده برای تصویربرداری فضایی باید در پایین‌ترین دمای ممکن عمل کنند که به آن‌ها اجازه می‌دهد با حداکثر حساسیت عمل کنند. این درجه حرارت همچنین می

درباره نویسنده