Обычные термометры, используемые в быту, годятся для измерения температуры только в весьма ограниченном диапазоне. Но что, если вдруг кому-то потребуется измерить температуру самой холодной материи во Вселенной? Обычным ртутным или электронным термометром здесь уже не обойтись, для такого дела потребуется минимум специальный квантовый термометр.
Для справки стоит отметить, что самая холодная вещь во Вселенной - это конденсат Бозе-Эйнштейна (Bose-Einstein condensate, BEC). Он представляет собой особое состояние материи, газообразную субстанцию из элементарных частиц, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю, к самой низкой температуре, насколько это возможно. Из-за таких условий большая часть частиц-бозонов находится в самом низкоэнергетическом квантовом состоянии, в состоянии, в котором даже квантовые эффекты проявляются крайне слабо.
Обычно конденсат Бозе-Эйнштейна создается и охлаждается внутри магнитной ловушки, которая удерживает все частицы и препятствует им контактировать с окружающей средой. Находясь в таком состоянии, в состоянии конденсата Бозе-Эйнштейна, все атомы вещества действуют как единый квантовый объект. Конденсат Бозе-Эйнштейна является самой холодной вещью, которую когда-либо удавалось получать ученым в своих лабораториях. Для сравнения стоит заметить, что даже открытый космос является более "теплым", нежели конденсат Бозе-Эйнштейна.
Естественно, температуру конденсата нельзя измерить никаким обычным термометром. Обычно, для расчета температуры этого конденсата ученые-физики подсчитывают количество частиц, находящихся в более высокоэнергетическом состоянии и количество частиц, находящихся в самом низком энергетическом состоянии. Соотношение количества этих частиц позволяет высчитать температуру конденсата Бозе-Эйнштейна. Но для того, чтобы измерить температуру подобным образом, требуется выпустить частицы из магнитной ловушки, что приводит к разрушению квантовой целостности конденсата Бозе-Эйнштейна.
Ученые из университета Ноттингема в Великобритании, похоже, нашли подходящее решение для вышеописанной проблемы. Они разработали метод измерения температуры конденсата Бозе-Эйнштейна при котором не требуется выпускать его из магнитной ловушки. Для того, чтобы сделать это, ученые захватили в оптическую ловушку лазерных лучей несколько атомов и переместили эти атомы через конденсат Бозе-Эйнштейна.
Изначально "измерительные" атомы были помещены в состояние квантовой суперпозиции и имели различные энергетические состояния. Когда атомы перемещались через конденсат, низкая температура привела к изменениям квантового состояния атомов. И по различиям между конечными квантовыми состояниями "измерительных" атомов можно рассчитать температуру конденсата Бозе-Эйнштейна, который содержится в магнитной ловушке, не подвергаясь нагреву и разрушению в процессе измерения его температуры.
Такой "квантовый термометр" может быть использован не только для измерения температуры конденсата Бозе-Эйнштейна. Его можно использовать и в ряде других научных экспериментов, в частности, для измерения небольшого количества радиации, излучаемой черной дырой, что определяется квантовой теорией. Очевидно, что приблизиться и замерить температуру черной дыры никак не получится, но ученые могут проверить эту идею, измеряя изменения искусственной миниатюрной черной дыры, созданной в лаборатории.
Источник: dailytechinfo.org
Новости
