Bildnachweis: NASA/JPL
Forscher der NASA und des MIT haben Natriumgas auf die niedrigste jemals gemessene Temperatur abgekühlt – ein halbes Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Bei einer absoluten Nulltemperatur (-273 Grad Celsius) würde jede molekulare Bewegung vollständig aufhören, da der Abkühlprozess dem Material die gesamte Energie entzogen hat. Das Gas musste in einem Magnetfeld eingeschlossen werden; andernfalls würde es an den Wänden des Behälters kleben und nicht abkühlen. Die Forscher verwendeten eine ähnliche Methodik, die 2001 mit der Entdeckung von Bose-Einstein-Kondesaten (bei denen sich die Moleküle bei niedrigen Temperaturen geordnet zusammenbewegen) zum Nobelpreis für Physik führte.
NASA-finanzierte Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, Massachusetts, haben Natriumgas auf die niedrigste jemals gemessene Temperatur abgekühlt, ein halbes Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Dies Absolute Temperatur ist der Punkt, an dem keine weitere Kühlung mehr möglich ist.
Diese neue Temperatur ist sechsmal niedriger als der vorherige Rekord und markiert das erste Mal, dass ein Gas unter ein Nanokelvin (ein Milliardstel Grad) abgekühlt wurde. Beim absoluten Nullpunkt (-273 °Celsius oder -460 °F) stoppt jede Bewegung, mit Ausnahme winziger Atomschwingungen, da der Abkühlprozess den Partikeln alle Energie entzogen hat.
Durch verbesserte Kühlmethoden ist es den Wissenschaftlern gelungen, dem absoluten Nullpunkt näher zu kommen. „Ein Nanokelvin zu unterschreiten, ist, als würde man zum ersten Mal eine Meile unter vier Minuten laufen“, sagte Dr. Wolfgang Ketterle, Physikprofessor am MIT und Co-Leiter des Forschungsteams.
„Gase mit extrem niedriger Temperatur könnten zu enormen Verbesserungen bei Präzisionsmessungen führen, indem sie bessere Atomuhren und Sensoren für Schwerkraft und Rotation ermöglichen“, sagte Dr. David E. Pritchard, Physikprofessor am MIT, Pionier in Atomoptik, Atominterferometrie und Co- Leiter des Teams.
1995 kühlten eine Gruppe an der University of Colorado, Boulder, Colorado, und eine MIT-Gruppe unter der Leitung von Ketterle atomare Gase auf unter ein Mikrokelvin (ein Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt). Dabei entdeckten sie eine neue Materieform, das Bose-Einstein-Kondensat, bei dem die Teilchen im Gleichschritt marschieren, anstatt unabhängig voneinander zu fliegen. Die Entdeckung wurde 2001 mit dem Nobelpreis für Physik gewürdigt, den Ketterle mit seinen Boulder-Kollegen Drs. Eric Cornell und Carl Wieman.
Seit dem Durchbruch im Jahr 1995 haben viele Gruppen routinemäßig Nanokelvin-Temperaturen erreicht; mit drei Nanokelvin als niedrigste gemessene Temperatur. Der neue Rekord der MIT-Gruppe liegt bei 500 Pikokelvin oder sechsmal weniger.
Bei so niedrigen Temperaturen können Atome nicht in physischen Behältern aufbewahrt werden, da sie an den Wänden kleben würden. Auch kann kein bekannter Behälter auf solche Temperaturen gekühlt werden. Um dieses Problem zu umgehen, umgeben Magnete die Atome, wodurch die Gaswolke eingeschlossen bleibt, ohne sie zu berühren. Um die rekordtiefen Temperaturen zu erreichen, erfanden die Forscher eine neuartige Methode zum Einschließen von Atomen, die sie 'gravitomagnetische Falle' nennen. Die Magnetfelder wirkten zusammen mit Gravitationskräften, um die Atome gefangen zu halten.
Alle Forscher sind mit der Physikabteilung des MIT, dem Research Laboratory of Electronics und dem MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms verbunden, das von der National Science Foundation finanziert wird. Ketterle, Leanhardt und Pritchard sind Co-Autoren des Niedrigtemperatur-Papiers, das in der Science-Ausgabe vom 12. September erscheinen soll. Die NASA, die National Science Foundation, das Office of Naval Research und das Army Research Office finanzierten die Forschung.
Ketterle forscht im Rahmen des NASA-Forschungsprogramms Fundamental Physics in Physical Sciences, das zum Office of Biological and Physical Research der Agentur in Washington gehört. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA, Pasadena, Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology, Pasadena, verwaltet das Fundamental Physics-Programm.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
