A Földön mérték a legnagyobb hideget az egész univerzumban

Ha az univerzum legjeiről van szó, jó eséllyel nem a Földön keressük a rekordereket, hiszen a mi kis bolygónk szinte minden létező szempontól eltörpül az emberi ésszel felfoghatatlan nagyságrendekkel leírható világmindenség mellett. Mégis, ha az univerzum leghidegebb pontját keressük, a csillagos égbolt helyett inkább Massachusetts irányába érdemes nézelődni.

Az igazsághoz azért hozzátartozik két dolog:

• Az egyik, hogy mint minden ilyen rekordnál, ezúttal is hozzá kell gondolni, hogy eddigi ismereteink szerint, hiszen egy-egy újabb felfedezés bármikor felülírhatja az aktuálisan elfogadott rangsort.
• A másik, hogy a földi rekord kicsit csalás, mert nem egy természetes jelenség megfigyeléséről, hanem mesterségesen előállított eredményről van szó.

Mindez azonban nem változtat a tényen, hogy jelenlegi tudásunk szerint a Földön mérhető az univerzum legnagyobb hidege.

Hűvös természet

A legnagyobb hidegek viszonyítási pontja az abszolút nulla fok, amely a gyakorlatban elérhetetlen, csak megközelíteni lehet. Ez az az elméleti hőmérséklet, amelyen a részecskék klasszikus mozgása megszűnik, és már csak kvantummechanikai folyamatok mennek végbe. Az abszolút nulla fok Celsiusban kifejezve -273,15, a Kelvin-skálának pedig ez a nulladik foka. Mivel az újabb és újabb tudományos hidegrekordokat kelvinben szokás megadni, ezek úgy néznek ki, hogy egy törtben egyre több nulla után jön egy szám.

A rend kedvéért kezdjük azzal, melyik a világ leghidegebb természetes helye. Ez a Bumeráng-köd nevű planetáris köd, amely tőlünk ötezer fényévre, a Kentaur csillagképben található, és a haldokló központi csillagából kilökődő gázok alkotják. 1995-ben állapították meg a chilei SEST távcső segítségével, hogy a hőmérséklete mindössze 1 kelvin (-272 Celsius-fok) körüli. Ezzel ez az egyetlen ismert természetes objektum, amely még az ősrobbanásból hátramaradt, 2,76 kelvines kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásnál is hidegebb.

Ha a kicsit szűkebb környékünkön nézünk körül, a Naprendszerben eddig mért legalacsonyabb természetes hőmérsékletet a Hold produkálta: ott 2009-ben mértek -240 Celsius-fokot, azaz nagyjából 33 kelvint.

Mesterséges hidegrekordok

A Bumeráng-köd – és pláne a Hold – azonban szinte kellemesen langyosnak tűnhet az MIT kutatói által előállított hideghez képest: a Massachusettsi Műszaki Egyetem csapatának 2003-ban 500 pikokelvinre (0,0000000005 kelvinre) sikerült lehűtenie mágneses csapdába ejtett nátriumgázokat.

A kísérlet egyik vezetője az a német-amerikai Wolfgang Ketterle volt, aki 1995-ben két társával elsőként hozott létre Bose–Einstein-kondenzációt, egy addig csak elméletben ismert halmazállapotot, amelyben az addig egymástól függetlenül mozgó részecskék viselkedése az extrém alacsony hőmérsékleten összehangolódik, és megkülönböztethetetlenné válnak egymástól, mintha egyetlen nagy szuperatomot alkotnának. Ketterle és társai 2001-ben fizikai Nobel-díjat kaptak a felfedezésért, amely azóta is az extrém alacsony hőmérsékletű fizikai kísérletek egyik sarokköve.

Valójában még a 2003-asnál is sikerült hidegebbet előállítani, ráadásul még korábban is, mint az MIT-seknek: a finnországi Aalto Egyetem kutatói 1999-ben 100 pikokelvines (0,0000000001 kelvines) hőmérsékletet tudtak elérni egy kétgrammos ródiumdarabban. Az ő eredményük azonban annyiban kakukktojás, hogy nem általában az atomok hőmérsékletét vizsgálták, hanem csak egy kvantummechanikai tulajdonságukkal, a spinnel foglalkoztak. Ezért a hivatalos rekordnak inkább az MIT eredménye tekinthető.

Tovább is van, mondjam még?

Bár a ma is érvényes rekord egyelőre nincs veszélyben, a kutatók rendíthetetlenül araszolnak tovább az abszolút nulla fok felé. Az elmúlt néhány évben a terület legfontosabb fejleménye a NASA Cold Atom Laboratory (CAL) nevű kísérlete, amellyel az űrben folytatódnak az extrém alacsony hőmérsékletű kutatások.

A CAL-t 2018 májusában indították útnak a Nemzetközi Űrállomásra, és neki köszönhetően már az űrben sem a Bumeráng-köd a leghidegebb objektum: 2018 júliusában a kísérleteket végző asztronauták először hoztak létre Bose–Einstein-kondenzációt az űrben, amivel sikerült rubídiumatomokat 100 nanokelvinre (0,0000001 kelvinre) hűteniük. Ez még csak az űrben rekord, de a projekt irányítóinak reményei szerint mikrogravitációs környezetben akár egy pikokelvinig is le lehet majd menni.

Mindez persze nem önmagáért való rekorddöntögetés, hanem fontos felfedezéseket ígérő tudományos kísérlet: a kutatók azt remélik, hogy minél inkább sikerül lehűteniük az anyagot, annál pőrébb valójukban figyelhetik meg azokat a kvantummechanikai jelenségeket, amelyeknek a működéséről még ma is igen keveset tudunk. Ez pedig a tudomány előrevitele mellett a gyakorlatban alkalmazható új technológiákhoz, például jobb atomórákhoz és pontosabb gravitációs szenzorokhoz is vezethet.