Когда мы думаем о космическом холоде, обычно представляем темноту между звездами или далекие ледяные планеты. Кажется логичным, что самое холодное место должно находиться где-то на краю Вселенной.

Но рекордные температуры создают не звезды и не планеты, а ученые в лабораториях. Причем охлаждают они не помещение и не металлическую камеру, а небольшое облако атомов.

Самый сильный холод — это не лед и не мороз. Это почти полная остановка хаотического движения частиц.

2. Что означает «абсолютный ноль»

Температура связана с движением частиц. Чем быстрее движутся атомы и молекулы, тем выше температура. При охлаждении их движение замедляется.

Теоретический предел называется абсолютным нулем. Это0 кельвинов, или примерно-273,15 градуса Цельсия. Достичь его полностью нельзя, но можно подойти чрезвычайно близко.

В лабораторных экспериментах ученые получали температуры всего в несколько десятков пикокельвинов выше абсолютного нуля. Пикокельвин — это одна триллионная доля кельвина. Такие значения намного ниже температуры естественных объектов, которые мы наблюдаем в космосе.

3. Разве открытый космос не холоднее?

Средняя температура реликтового излучения, заполняющего Вселенную, составляет около 2,7 кельвина. Это примерно -270 градусов Цельсия.

Известны и более холодные природные области. Например, газ в туманности Бумеранг охлажден примерно до одного кельвина из-за быстрого расширения вещества.

Но даже один кельвин по сравнению с лабораторными пикокельвинами — почти жара. Разница между ними измеряется триллионами раз.

4. Как ученые охлаждают атомы?

Обычный холодильник здесь не поможет. Ученые сначала создают глубокий вакуум, чтобы атомы почти не сталкивались с молекулами воздуха.

Затем используются лазеры. Это звучит странно, ведь лазер обычно ассоциируется с нагревом. Но правильно настроенный свет может тормозить атомы, уменьшая скорость их движения.

После этого атомы удерживают магнитными полями. Самые быстрые частицы постепенно выпускают из ловушки. Оставшиеся частицы имеют меньшую энергию, поэтому температура облака падает еще сильнее.

Так появляется конденсат Бозе — Эйнштейна — необычное состояние вещества, при котором множество атомов начинает вести себя почти как единый квантовый объект.

5. Зачем лабораторию холода отправили на МКС

На Международной космической станции работает лаборатория Cold Atom Lab. Она создает сверххолодные облака атомов в условиях микрогравитации.

На Земле атомное облако быстро падает под действием гравитации, поэтому времени для наблюдений мало. На орбите оно свободно расширяется дольше, а ученые могут исследовать его с большей точностью.

Лаборатория управляется дистанционно специалистами с Земли и позволяет изучать квантовые газы в условиях, недоступных большинству наземных установок.

6. Почему это важно?

Такие эксперименты делают не ради красивого рекорда. При сверхнизких температурах привычное тепловое движение почти исчезает, и квантовые свойства вещества становятся заметнее.

Это помогает исследовать фундаментальные законы физики, создавать более точные атомные датчики и развивать методы измерения слабых сил.

Главный парадокс в том, что самое холодное место не обязательно огромное.Это может быть крошечное облако из нескольких тысяч атомов внутри сложной установки.

Природа создает звезды, черные дыры и ледяные миры. Но приблизиться к абсолютному нулю точнее всего пока смог человек.

И это, пожалуй, одна из самых удивительных особенностей науки: чтобы понять огромную Вселенную, иногда приходится замедлить несколько атомов почти до полной неподвижности.