Physiker haben Moleküle auf ein Minimum über dem absoluten Nullpunkt gekühlt — kälter als das Nachleuchten des Urknalls. Wissenschaftler haben solche superchilled Atome geschaffen, das sind die kältesten Moleküle (die zwei oder mehr Atome chemisch verbunden sind), die jemals geschaffen wurden, sagten die Wissenschaftler. Die Leistung könnte die verrückte Physik enthüllen, von der angenommen wird, dass sie bei atemberaubend kalten Temperaturen auftritt.
Bei normalen Alltagstemperaturen sausen Atome und Moleküle mit superschneller Geschwindigkeit um uns herum und krachen sogar ineinander. Doch seltsame Dinge passieren, wenn Materie extrem kalt wird. Und Physiker hatten gedacht, dass diese Teilchen aufhören würden, sich als Individuen zu bewegen und zu kollidieren, und sich stattdessen wie ein einzelner Körper verhalten würden. Es wurde angenommen, dass das Ergebnis exotische Materiezustände sind, die noch nie zuvor beobachtet wurden. Um dieses kalte Szenario zu erforschen, kühlte ein Team am MIT unter der Leitung des Physikers Martin Zwierlein ein Natrium-Kalium-Gas mit Lasern ab, um die Energie einzelner Gasmoleküle abzuleiten. Sie kühlten die Gasmoleküle auf Temperaturen von bis zu 500 Nanokelvin ab — nur 500 Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (minus 459,67 Grad Fahrenheit oder minus 273,15 Grad Celsius). Das ist mehr als eine Million Mal kälter als der interstellare Raum. (Die Dichte des Gases in ihrem Experiment war so gering, dass es an den meisten Stellen als nahezu Vakuum gelten würde.)
Sie fanden heraus, dass die Moleküle ziemlich stabil waren und dazu neigten, nicht mit anderen Molekülen um sie herum zu reagieren. Sie fanden auch heraus, dass die Moleküle starke Dipolmomente zeigten, die die Verteilung der elektrischen Ladungen in einem Molekül sind, die bestimmen, wie sie andere Moleküle anziehen oder abstoßen.Natrium und Kalium bilden normalerweise keine Verbindungen – beide sind positiv geladen, so dass sie sich normalerweise abstoßen und von Elementen wie Chlor angezogen werden, das Tafelsalz (NaCl) oder Kaliumchlorid (KCl) bildet. Das MIT-Team verwendete Verdampfung und dann Laser, um die Wolken einzelner Atome zu kühlen. Anschließend legten sie ein Magnetfeld an, damit sie zusammenkleben und Natrium-Kalium-Moleküle bilden.
Als nächstes verwendeten sie einen weiteren Lasersatz, um ein Natrium-Kalium-Molekül zu kühlen. Ein Laser wurde auf eine Frequenz eingestellt, die dem anfänglichen Schwingungszustand des Moleküls entsprach, und der andere entsprach seinem niedrigstmöglichen Zustand. Das Natrium-Kalium-Molekül absorbierte die niedrigere Energie von einem Laser und emittierte Energie an den höherfrequenten Laser. Das Ergebnis war ein sehr niedriger Energiezustand und ein extrem kaltes Molekül.
Das Molekül war immer noch nicht so stabil wie Alltagschemikalien und dauerte nur 2,5 Sekunden, bevor es sich auflöste, aber das ist eine lange Zeit, wenn man mit extremen Bedingungen wie diesen umgeht. Es ist ein Schritt, um die Moleküle noch weiter zu kühlen, um einige der quantenmechanischen Effekte zu sehen, die Theorien vorhersagen. Solche Effekte wurden in Einzelatomsubstanzen wie Helium nachgewiesen, aber nie in Molekülen, die komplizierter sind, wenn sie sich drehen und vibrieren. Zum Beispiel wird superkaltes Helium zu einer Flüssigkeit ohne Viskosität – einem Suprafluiden. Theoretisch könnten Moleküle auch in solche exotischen Zustände eintreten.Die Studie wurde am 22.Mai in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Folgen Sie Live Science @livescience, Facebook & Google+. Originalartikel auf Live Science.
- Fotos: Die 8 kältesten Orte der Erde
- Elementar, meine Liebe: 8 Elemente, von denen Sie noch nie gehört haben
- Galerie: Verträumte Bilder enthüllen Schönheit in der Physik