החומרים הקרים בעולם אינם באנטארקטיקה.
הם לא על ראש הר אוורסט
או קבורים בקרחון.
הם במעבדות פיזיקה:
עננים של גזים שמוחזקים רק בחלקיק מעלה מעל האפס המוחלט.
זה פי 395 מליון יותר קר מהמקרר שלכם,
פי 100 מליון יותר קר מחנקן נוזלי,
ופי 4 מליון יותר קר מהחלל החיצון.
טמפרטורות כאלה נמוכות נותנות למדענים חלון לפעולות הפנימיות של החומר,
ומאפשרות למהנדסים לבנות מכשירים רגישים בצורה מדהימה
שמספרים לנו יותר על הכל
מהמיקום המדויק שלנו על הפלנטה
ועד מה מתרחש באזורים הרחוקים ביותר של היקום.
איך אנחנו יוצרים כאלה טמפרטורות קיצוניות?
בקיצור, על ידי האטת חלקיקים נעים.
כשאתם מדברים על טמפרטורות, מה שאנחנו באמת מדברים עליו זה תנועה.
האטומים שיוצרים את המוצקים,
הנוזלים,
וגזים
נעים כל הזמן.
כשאטומים נעים במהירות רבה יותר, אנחנו קולטים את החומר כחם.
כשהם נעים יותר לאט, אנחנו קולטים אותם כקרים.
כדי לקרר עצמים או גז חמים בחיי היום יום,
אנחנו שמים אותם בסביבות קרות, כמו מקרר.
חלק מהתנועה האטומית בעצמים חמים מועברת לסביבה,
והם מתקררים.
אבל יש לזה גבול:
אפילו החלל החיצון חם מדי כדי ליצור טמפרטורות אולטרה נמוכות.
אז במקום, מדענים מצאו דרך להאט את האטומים ישירות --
עם קרן לייזר.
תחת רוב הנסיבות,
האנרגיה בקרן לייזר מחממת דברים.
אבל בשימוש בדרך מאוד מדוייקת,
המומנטום של הקרן יכול לעצור אטומים נעים, מה שמקרר אותם.
זה מה שמתרחש במכשיר שנקרא מלכודת מגנטו-אופטית.
אטומים מוזרקים לשפופרת ואקום,
ושדות מגנטיים מושכים אותם למרכז.
קרן לייזר מכוונת למרכז התא
מכווננת לתדירות המתאימה
שאטום שנע לכיוונה יספוג פוטון מקרן הלייזר ויאט.
אפקט ההאטה מגיע מהעברת המומנטום
בין האטום והפוטון.
סך של שש קרניים, בסידור אנכי,
מבטיח שאטומים שנעים בכל הכיוונים ילכדו.
במרכז, שם הקרניים נפגשות,
האטומים נעים לאט, כאילו נלכדו בנוזל צמיגי --
אפקט שהחוקרים שהמציאו אותו מתארים כ"דבשה אופטית."
מלכודת מגנטו-אופטית כזו
יכולה לקרר אטומים לכמה מיקרו קלווינים בודדים --
בערך -273 מעלות צלזיוס.
השיטה הזו פותחה בשנות ה 80,
והמדענים שתרמו לה
זכו בפרס נובל בפיזיקה ב 1997 על הגילוי.
מאז, קירור לייזר איפשר להגיע לטמפרטורות אפילו יותר נמוכות.
אבל למה שתרצו לקרר אטומים כל כך?
ראשית, אטומים קרים יכולים ליצור גלאים מאוד טובים.
עם כל כך מעט אנרגיה,
הם רגישים בצורה יוצאת דופן לתנודות בסביבה.
אז משתמשים בהם במכשירים שמגלים נפט תת קרקעי ומצבורי מינרלים,
והם גם יוצרים שעונים אטומים מאוד מדוייקים,
כמו אלה שבשימוש במערכות איכון לוויני.
שנית, אטומים קרים מחזיקים פוטנציאל אדיר
לחקר אזורים חדשים בפיזיקה.
הרגישות הקיצונית שלהם עושה אותם מועמדים
להיות בשימוש כדי לזהות גלים כבידתיים בגלאים חלליים עתידיים.
הם גם שימושיים לחקר תופעות אטומיות ותת אטומיות,
שדורשים מדידת שינויים זעירים מאוד באנרגיה של אטומים.
אלה נבלעים בטמפרטורות נורמליות,
כשאטומים נעים במהירות של מאות מטרים לשניה.
קרור לייזר יכול להאט אטומים לרק כמה סנטימטרים לשניה --
מספיק שתנועה שנגרמת בגלל אפקטים קואנטיים תהפוך לברורה.
אטומים אולטרה קרים כבר אפשרו למדענים לחקור תופעות
כמו התעבות בוז-איינשטיין,
בה אטומים מקוררים כמעט לאפס המוחלט
והופכים למצב חומר נדיר חדש.
אז כשמדענים ממשיכים במסע שלהם להבין את חוקי הפיזיקה
ומגלים את המסתורין של היקום,
הם יעשו כך בעזרת האטומים הכי קרים שבו.