Η ψυχρή Φυσική είναι ένα καυτό θέμα

Πηγή: Voice Of America, 20 Μαρτίου 2007

Ο κόσμος πάντα γοητευόταν με το πώς να κάνει τα αντικείμενα να παγώνουν. Και καθώς προχωρά η κατανόηση της ψύξης στην επιστήμη, έτσι προχωρούν και οι εφαρμογές. Κυρίως όμως σε ακραίες θερμοκρασίες, γύρω από το απόλυτο μηδέν (-273.15°C), όπου τα άτομα είναι σχεδόν ακίνητα. 

Όταν οι επιστήμονες του 19ου αιώνα προσπάθησαν αρχικά να υγροποιήσουν το οξυγόνο, φάνηκε να είναι ένας αδύνατος στόχος. Αλλά αυτοί οι επιστήμονες υπερνίκησαν τις δυσκολίες και υγροποίησαν τόσο το υδρογόνο όσο το ήλιο, πρόσφατα. Αυτές οι ανακαλύψεις - έναν αιώνα πριν - έφεραν τις τεχνολογίες ψύξης που χρησιμοποιούμε για να ψύξουμε τα τρόφιμα, αλλά και το υγροποιημένο οξυγόνο για τα καύσιμα των πυραύλων. Η δε υπέρψυξη βοήθησε στην παραγωγή των μικροτσίπ και των γρήγορων υπολογιστών, όπως και οι συσκευές που ενσωματώνουν τα υπέρψυχρα ρευστά μπορούν να δώσουν ακριβέστερες μετρήσεις.

Σύμφωνα με τον πανεπιστημιακό καθηγητή Mark Kasevich του Στάνφορντ, οι πολύ χαμηλές θερμοκρασίες είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας για τις ακριβείς μετρήσεις.  Τονίζει δε ότι η ευαισθησία αυτών των νέων οργάνων επιτρέπει στους παρατηρητές να επισημάνουν τις λεπτές αλλαγές μέσα στη γη, κάτι που μπορεί να υπαινιχτεί την παρουσία μεταλλευμάτων, όπως τα διαμάντια, ή τα αποθέματα του πετρελαίου. "Νομίζω ότι θα είχαμε 10 ή και 100 φορές καλύτερα αποτελέσματα από την υπάρχουσα τεχνολογία, αν χρησιμοποιούσαμε τη νέα τεχνολογία με χαμηλές θερμοκρασίες", υπολογίζει, "και αυτή πρέπει να μας βοηθήσει να βρούμε πετρέλαιο και ορυκτά αποθέματα πολύ πιο γρήγορα."

Παραδείγματος χάριν, λέει ο Richard Packard του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλευ , το υπέρψυχρο ήλιο φαίνεται να αψηφά την βαρύτητα, που αναγκάζει κανονικά τα ρευστά να ρέουν προς τα κάτω. Η ομάδα του ήταν σε θέση να δείξει με ποιό τρόπο το υπέρρευστο ήλιο ταλαντεύεται μεταξύ περιοχών με διαφορετική πίεση. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να επιτρέψει μια πιο ευαίσθητη ανίχνευση της γήινης περιστροφής, καθώς επίσης και τις μελέτες των σεισμών.

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν, επίσης, τις χαμηλές θερμοκρασίες για να βάλουν τα πειράματά τους σε ένα είδος αργής κίνησης.

Η φυσικός Heather Lewandowski του πανεπιστημίου του Κολοράντο εξηγεί ότι η ψύξη βοηθάει και στην καλύτερη παρακολούθηση των μορίων και των ατόμων. "Πέστε ότι έχετε ένα κάνετε ένα πείραμα για να μελετήσετε μόρια, τότε θα είχατε χρόνο μόνο ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου για να τα παρατηρήσετε, επειδή τα μόρια θα αλλάξουν εν τω μεταξύ θέση ή κατάσταση. Αν τώρα ψύξετε αυτά τα μόρια, τότε θα έχετε πολύ περισσότερο χρόνο για να παρακολουθήσετε τα μόρια, και επομένως μπορείτε να μετρήσετε ακριβέστερα την κατάσταση τους. "

Οι επιστήμονες έχουν μελετήσει τα ψυχρά άτομα εδώ και δύο δεκαετίες. Η Lewandowski εξετάζει ένα νεώτερο σύνορο: τα υπερψυχρα μόρια. "Θέλουμε βασικά τα μόρια λόγω της σύνθετης φύσης τους," λέει, "και τα θέλουμε ψυχρά, έτσι απλοποιούμε τα πράγματα και τα μελετάμε πολύ καλά." Επειδή είναι πιο σύνθετα από τα άτομα, είναι πιο δύσκολο να τα συλλάβουμε σε δράση. Αλλά αυτή η πολυπλοκότητα μας αποκαλύπτει πιο πολλά για τις χημικές αντιδράσεις, οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν σε καλύτερα φάρμακα. Επίσης, μπορεί να παραγάγει γρηγορότερους κβαντικούς υπολογιστές.

Στο πρώτο βήμα, λέει η Lewandowski, υπολογίζουμε πώς να επιβραδύνουμε ένα μόριο. Στο εργαστήριό της στο πανεπιστήμιο του Κολοράντο, η ομάδα της αρχίζει με τα μόρια σε μια κανονικές θερμοκρασία δωματίου και μια ορισμένη πίεση. Έπειτα, τα στέλνουν σε ένα μεταλλικό θάλαμο, τον θάλαμο του κενού, εκεί όπου συμβαίνουν όλα τα μαγικά πράγματα, δηλαδή εκεί όπου κάνουν τα υπέρψυχρα μόρια και τα επιβραδύνουν.

Στον κενό θάλαμο, τα μόρια επεκτείνονται και ψύχονται γρήγορα στο σχεδόν απόλυτο μηδέν. Έπειτα, η ομάδα της Lewandowski χρησιμοποιεί ηλεκτρικά πεδία που επιβραδύνουν ήπια τα μόρια, και τα καταψύχουν ακόμη περισσότερο. Τα μόρια είναι πάρα πολύ σύνθετα για να γίνουν τόσο ψυχρά όσο ένα απλό άτομο. Αλλά η Lewandowski αναφέρει ότι η θερμοκρασίας τους θα φτάσει μερικά δισεκατομμυριοστά του ενός βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν. Μόνο που είναι αδύνατου να φτάσουν στο απόλυτο μηδέν. Γιατί πάντα θα υπάρχει κάποια μικρή κίνηση.