Paradoksalno, spuštanje temperature plina na negativne vrijednosti prema Kelvinovoj ljestvici dovelo je do najviših temperaturnih vrijednosti ikad izmjerenih. Studija objavljena 4. siječnja mogla bi pomoći fizičarima u spoznavanju kvantnoga fenomena, a možda i stranoga oblika energije koji dominira našim svemirom.
Negativne vrijednosti na Kelvinovoj temperaturnoj ljestvici ukazuju na to da čestice visoke energije uvelike nadmašuju u brojnosti one s niskom razinom energije.
“Navikli smo na pozitivne temperature”, kaže Achim Rosch, fizičar sa Sveučilišta u Kölnu u Njemačkoj, “ali negativne temperature nisu zabranjeno područje. Uvijek je fascinantno raditi nešto drugačije.”
Temperatura se obično tumači kao razina prosječne energije čestica u uzorku. Primjerice, svaka molekula koja se nepravilno kreće u posudi s kipućom vodom u prosjeku ima više energije negoli “uspavana” molekula vode u kocki leda.
No, znanstvenici koji proučavaju tvar na kvantnoj razini smatraju da je bolje definirati temperaturu kao raspodjelu energije čestica u uzorku. Tek nešto iznad apsolutne nule (0 Kelvin, ili -273° Celzijevih) skoro sve čestice u uzorku imaju razinu energije vrlo blizu nuli, uz vrlo male varijacije. No, porastom temperature širi se i raspon varijacija tako da neke čestice imaju vrlo malu energiju, dok druge imaju vrlo veliku energiju.
Fizičar Ulrich Schneider sa Sveučilišta Ludwig Maximilian u Münchenu odlučio je napraviti nešto neuobičajeno. Naumio je čestice tvari dovesti u stanje u kojemu će one biti ograničene visokom razinom energije. Drugim riječima, htio je krenuti od maksimalne količine energije prema niskoj razini energije čestica tvari (onoj koja odgovara apsolutnoj nuli). Prema definiciji, takva tvar trebala bi imati negativne temperaturne vrijednosti na Kelvinovoj ljestvici.
Njegov tim uspio je atome kalija ohladiti na nekoliko milijardi Kelvina iznad apsolutne nule. Koristeći lasere i magnete uspjeli su postići da atomi “skoče” u stanje visoke energije tvoreći oblak čestica izuzetno visoke energije. Time su Schneider i njegovi kolege dobili plin čija je temperatura nekoliko milijuna negativnih Kelvina.
Ova temperatura tehnički nije ispod apsolutne nule zato što se, za razliku od Fahrenheitove ili Celzijeve ljestvice, negativne vrijednosti na Kelvinovoj ljestvici odnose na energiju stanja čestica. Zapravo je rezultat ovoga eksperimenta ekstremno visoka temperatura jer je energija čestica izuzetno velika. Toplina putuje iz vrućega u hladno, kaže Schneider, i toplinu će ovaj plin uvijek odbijati. “Zapravo, topliji je nego išta što nam je poznato”, kaže Schneider.
Unatoč semantici, ovaj eksperiment nije puki trik zaigranih fizičara. Znanstvena javnost fascinirana je tvarima koje karakteriziraju negativne temperaturne vrijednosti, i to zato što iskazuju neobične osobine. Tipične molekule plina šire se u spremniku i vrše pritisak prema van na njegove stijenke. No, plin negativne temperature ima negativan pritisak, odnosno, “želi se sažeti u jednu točku”, kaže Schneider.
Negativan pritisak mogao bi biti od izuzetnoga značaja u astrofizici jer znanstvenici vjeruju da tamnu energiju, zagonetnu tvar koja uzrokuje ubrzano širenje svemira, također odlikuje negativan pritisak. Schneider sugerira kako eksperimentiranje s kvantnim fenomenom negativnih temperatura može dovesti do otkrića prirode tamne tvari širom svemira.
Izvor: ScienceNews
