วัสดุที่เย็นที่สุดในโลก ไม่ได้อยู่ในทวีปแอนตาร์กติกา
พวกมันไม่ได้อยู่บนยอดเขาเอเวอเรสต์
หรือถูกฝังอยู่ในก้อนธารน้ำแข็ง
พวกมันอยู่ในห้องทดลองทางฟิสิกส์
กลุ่มก้อนแก๊สที่มีอุณหภูมิสูงกว่า อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์เพียงเล็กน้อย
ซึ่งเย็นกว่าตู้เย็นของคุณถึง 395 ล้านเท่า
เย็นกว่าไนโตรเจนเหลวถึง 100 ล้านเท่า
และเย็นกว่าอวกาศส่วนนอก 4 ล้านเท่า
อุณหภูมิที่ต่ำขนาดนั้นทำให้นักวิทยาศาสตร์ เห็นกิจกรรมที่เกิดขึ้นภายในสสาร
และทำให้วิศวกร สามารถสร้างเครื่องมือมีความไวสัมผัสสูง
ที่จะบอกเราเกี่ยวกับทุก ๆ สิ่ง
ตั้งแต่การบอกตำแแหน่ง ของเราบนโลกใบนี้อย่างแม่นยำ
ไปจนถึงสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นในเอกภพที่ห่างไกล
เราสร้างอุณหภูมิเย็นจัดเช่นนั้นได้อย่างไร
โดยสรุปคือ โดยการชะลออนุภาคที่กำลังเคลื่อนที่
เมื่อเราพูดถึงอุณหภูมิ สิ่งที่เราหมายถึงจริง ๆ ก็คือ การเคลื่อนที่
อะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นของแข็ง
ของเหลว
และแก๊สนั้น
เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา
เมื่ออะตอมเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว เรารับรู้ได้ว่าสสารนั้นร้อน
เมื่อพวกมันเคลื่อนที่ช้าลง เรารับรู้ได้ว่ามันเย็น
ในชีวิตประจำวัน เพื่อที่จะทำให้วัตถุร้อน หรือทำให้แก๊สเย็น
เราจะนำมันไปไว้ในสภาพแวดล้อมที่เย็นกว่า อย่างเช่นในตู้เย็น
บางการเคลื่อนที่ของอะตอมในวัตถุที่ร้อน ถูกถ่ายโอนออกไปยังสภาพแวดล้อม
และทำให้มันเย็นลง
แต่มันมีข้อจำกัดอยู่
แม้แต่อวกาศก็ยังอุ่นเกินไป ต่อการสร้างอุณหภูมิที่เย็นจัด
ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงได้หาทาง ในการชะลออะตอมโดยตรงแทน
ด้วยลำแสงเลเซอร์
ภายใต้สภาวะส่วนใหญ่
พลังงานในลำแสงเลเซอร์ทำให้วัตถุร้อนขึ้น
แต่ถ้าถูกใช้ในวิธีการที่เฉพาะเจาะจง
โมเมนตัมของลำแสงสามารถหยุดการเคลื่อนที่ ของอะตอม และทำให้มันเย็นลงได้
นั่นคือสิ่งที่เกิดในอุปกรณ์ที่เรียกว่า กับดักทางทัศนศาสตร์แม่เหล็ก
อะตอมถูกฉีดเข้าสู่ช่องห้องสุญญากาศ
และสนามแม่จะดึงพวกมันเข้าสู่ศูนย์กลาง
ลำแสงเลเซอร์ที่เล็งไปที่ใจกลางห้อง
ถูกปรับให้มีความถี่ที่เหมาะสม
ทำให้อะตอมที่เคลื่อนเข้าหามันดูดกลืนโฟตอน ของลำแสงเลเซอร์และเคลื่อนที่ช้าลง
ปรากฏการณ์เคลื่อนที่ช้าลงนี้ เกิดจากการถ่ายโอนโมเมนตัม
ระหว่างอะตอมกับโฟตอน
ลำแสงทั้งหมดหกทิศ ที่ถูกจัดเรียงแบบตั้งฉากกัน
เพื่อให้อะตอมที่ไม่ว่าจะเคลื่อนที่ในทิศทางใด เคลื่อนที่ตัดผ่านมัน
ที่ศูนย์กลาง บริเวณที่ลำแสงตัดกันนั้น
อะตอมเคลื่อนที่อย่างช้า ๆ ราวกับว่ามันติดอยู่ในของเหลวข้นเหนียว
เป็นปรากฏการณ์ที่นักวิทยาศาสตร์ผู้คิดค้น อธิบายว่าเป็น "น้ำเชื่อมข้นเชิงแสง"
กับดักทางทัศนศาสตร์แม่เหล็กเช่นนี้
สามารถทำให้อะตอมเย็นลงได้ จนถึงระดับไม่กี่ไมโครเคลวิน
ประมาณ -273 องศาเซลเซียส
เทคนิคนี้ถูกพัฒนาขึ้นในราว ๆ ปี ค.ศ. 1980
และนักวิทยาศาสตร์ที่พัฒนามันขึ้นมา
ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1997 สำหรับการค้นพบนี้
ตั้งแต่นั้น เลเซอร์ที่ทำให้เย็นนี้ ได้รับการพัฒนาเพื่อทำให้เย็นได้มากขึ้นอีก
แต่ทำไมเราถึงอยากทำให้ อะตอมมันเย็นมากขนาดนั้น
ประการแรก อะตอมที่เย็น สามารถทำเป็นตัวตรวจจับได้ดี
ด้วยพลังงานที่น้อย
พวกมันไวต่อความผันผวน ในสภาพแวดล้อมได้อย่างน่าเหลือเชื่อ
ดังนั้น มันจึงถูกใช้ในอุปกรณ์สำหรับสำรวจ แหล่งน้ำมันหรือแหล่งสะสมแร่ธาตุใต้ดิน
พวกมันยังสามารถถูกใช้ เป็นนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำสูงได้ด้วย
เช่น นาฬิกาอะตอมของ ดาวเทียมการหาตำแหน่งต่าง ๆ บนโลก
ประการที่สอง อะตอมที่เย็นมีศักยภาพสูงมาก
ในการบุกเบิกความรู้ใหม่ทางฟิสิกส์
ความไวสัมผัสของมันทำให้มันเป็นตัวเลือก
ที่จะถูกใช้ในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ในเครื่องตรวจจับบนอวกาศในอนาคต
พวกมันมียังประโยชน์ต่อการศึกษา ปรากฏการณ์ระดับอะตอมและที่เล็กกว่านั้น
ซึ่งต้องการการวัดความผันผวน ของพลังงานของอะตอมที่มีค่าน้อยมาก
ทั้งหมดนี้ไม่สามารถกระทำได้ที่อุณหภูมิปกติ
เมื่อความเร็วของอะตอมมีค่าประมาณ หลายร้อยเมตรต่อวินาที
การทำให้เย็นด้วยเลเซอร์สามารถทำให้อะตอมช้าลง เหลือเพียงไม่กี่เซนติเมตรต่อวินาที
ซึ่งเพียงพอต่อการสังเกตการเคลื่อนที่ ที่เกิดจากปรากฏการณ์ทางควอนตัมระดับอะตอม
อะตอมที่เย็นจัดทำให้นักวิทยาศาสตร์ ได้ศึกษาปรากฏการณ์ต่าง ๆ
เช่น การควบแน่นแบบโบส-ไอสไตน์
ซึ่งอะตอมถูกทำให้เย็นเกือบถึงศูนย์สัมบูรณ์
และกลายมาเป็นสสารในสถานะใหม่ที่พบได้ยาก
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงทำการค้นหา เพื่อเข้าใจกฏของฟิสิกส์
และเปิดเผยความลึกลับของเอกภพ
พวกเขาก็จะได้รับความข่วยเหลือ จากอะตอมที่เย็นที่สุดในนั้นด้วย