Навіть безмежний космічний вакуум, що здається абсолютно порожнім і крижаним, насправді не такий вже й холодний. Середня температура міжзоряного простору — це приблизно 2,7 Кельвіна, або мінус 270,45 градуса за Цельсієм. Це вже близько до межі, але тепер уявіть собі температуру, яка в 280 мільярдів разів нижча. Саме такий новий світовий рекорд встановили китайські фізики на орбіті, досягнувши показника у 9,7 пікокельвінів, або 0,0000000000097 Кельвіна. Для розуміння масштабу: це приблизно в 14 порядків нижче за кімнатну температуру на Землі, яка становить близько 300 Кельвінів. Це не просто черговий рекорд Гіннеса для вчених, це прорив, який відкриває двері у досі недосяжні куточки квантової фізики. Повідомляє T4 з посиланням на sciencealert.com. Абсолютний нуль: нескінченна гонитва за межею Абсолютний нуль — це теоретична межа, точка, де теплова енергія не може опуститися нижче. Уявіть, що всі атоми та молекули повністю припиняють свій рух. Це схоже на швидкість світла: фундаментальний ліміт, який закони фізики просто не можуть подолати. Але на відміну від швидкості світла, абсолютного нуля досягти неможливо. Чим ближче вчені до нього підходять, тим складніше вивільнити мізерну кількість залишкової теплової енергії. Це як нескінченна гонка, де фінішна пряма завжди віддаляється на крок. Проте ця гонитва має сенс, адже чим ближче ми до нуля, тим дивнішою стає поведінка матерії. Одним з найяскравіших прикладів є конденсат Бозе-Ейнштейна (БЕК) — екзотичний стан речовини, який формується, коли певні атоми охолоджують до температур, що лише на частки градуса перевищують абсолютний нуль. Вчені встановили рекорд: найнижча температура у Всесвіті – 9,7 пікокельвінів. Фото: sciencealert.com У таких екстремальних умовах атоми починають поводитися колективно: їхні індивідуальні квантові стани зливаються в одне когерентне ціле. Вони перестають діяти як окремі частинки, а функціонують майже як один гігантський квантовий об’єкт. Це надзвичайно цікаво, бо квантові ефекти зазвичай помітні лише на атомному масштабі. БЕК дозволяє вченим вивчати квантову поведінку в набагато більшому масштабі, що дає змогу краще зрозуміти фундаментальні закони Всесвіту. Крім того, ці “супер-атоми” можна використовувати для надзвичайно чутливих вимірювань фізичного світу, що є ключовим для створення майбутніх технологій. Космічний холод: чому для рекорду потрібна орбіта? Створити конденсат Бозе-Ейнштейна — завдання не з легких. На Землі процес охолодження атомів до таких екстремумів постійно стикається з непереборним обмеженням — гравітацією. Вона ускладнює утримання та маніпуляції з атомами. Саме тому вчені вирішили перенести свій експеримент туди, де гравітація не є такою проблемою — у космос. Це не перша спроба. Ще у 2018 році NASA створило перший конденсат Бозе-Ейнштейна на Міжнародній космічній станції (МКС), охолодивши хмару атомів рубідію до 100 нанокельвінів. Згодом інші дослідники пішли далі. Попередній рекорд у 38 пікокельвінів був досягнутий німецькою командою у 2021 році під час експерименту з вільним падінням у Бременській вежі. Але китайські вчені, під керівництвом фізиків Сяоцзі Чжоу, Сюйцзуна Чена з Пекінського університету та Вейбяо Чена з Китайської академії наук, використали переваги тривалого середовища мікрогравітації на своїй космічній станції Тяньгун, щоб посунути межі охолодження ще далі. Їхній експеримент проводився у стійці фізики ультрахолодних атомів на борту модуля “Ментянь”, який був запущений у 2022 році. Як і багато їхніх попередників, вони почали з хмари атомів рубідію-87 — ізотопу, який ідеально підходить для лазерного охолодження та створення БЕК. Вчені використали лазери, щоб охолодити атоми, утримуючи їх в оптичній пастці. Це важлива деталь: на відміну від попередніх міжнародних експериментів, які переважно використовували магнітні пастки, китайська команда застосувала повністю оптичний метод захоплення за допомогою точно контрольованих лазерних променів. Після цього вони застосували так зване випарне охолодження. Це працює як ваша чашка кави, що холоне: найбільш енергійні молекули випаровуються, залишаючи решту з меншою енергією. Але тут знову виникає нюанс: на Землі гравітація допомагає цьому процесу, відтягуючи атоми, що вилітають, від пастки. В умовах мікрогравітації, де все перебуває у постійному вільному падінні, цієї допомоги немає. Тому вчені, позбувшись гравітації у космосі, мусили знайти спосіб її імітувати. Вони застосували градієнт магнітного поля, який відтворював вплив гравітації на атоми, дозволяючи найбільш енергійним з них ефективніше виходити з пастки. На цьому етапі експеримент містив конденсат Бозе-Ейнштейна з близько 20 000 атомів рубідію, охолоджений до температури 3,1 нанокельвіна. Але вони на цьому не зупинились. Конденсат перемістили у другу, ширшу пастку, створену лазерним світлом. Потім пастку поступово послаблювали, дозволяючи хмарі атомів розширюватися і зменшуючи енергію, яку вона виділяла під час цього розширення. Врешті-решт пастку повністю вимкнули і спостерігали, як хмара розсіюється. Вона розширювалася настільки повільно, що вчені могли виявляти атоми ще сім секунд після їхнього вивільнення. Це у 3-7 разів довше, ніж у наземних експериментах або на МКС, що є критично важливим. Вимірявши швидкість розсіювання хмари, команда розрахувала її еквівалентну температуру: рекордні 9,7 пікокельвінів. Ця робота була опублікована в престижному журналі Science 5 листопада 2026 року під назвою “Квантові гази нижче 10 пікокельвінів у космосі”. Не просто рекорди: що дають нам пікокельвіни? Суть не лише в тому, щоб встановлювати температурні рекорди. Цей результат має справді цікаві наслідки для майбутніх досліджень. Одна з найбільш перспективних сфер застосування — атомна інтерферометрія. Ця технологія використовує хвильові властивості атомів для вимірювання надзвичайно малих змін у навколишньому середовищі. Збільшений час спостереження атомів дозволить вченим створювати набагато чутливіші прилади для тестування фундаментальних фізичних принципів, включаючи принцип еквівалентності. Це ідея про те, що гравітація однаково впливає на всі об’єкти, незалежно від їхньої маси чи складу. Здатність виробляти такі ультрахолодні квантові гази у космосі також дозволить дослідникам вивчати екзотичні стани матерії, які надзвичайно важко досліджувати в наземних лабораторіях. Ця повністю оптична ультрахолодна платформа відповідає найсуворішим вимогам для квантової симуляції та прецизійної метрології у майбутніх космічних місіях. Таким чином, вона відкриває шлях до просування двох основних наукових фронтів: глибшого розуміння квантового світу та розробки надзвичайно точних вимірювальних інструментів. До речі, у червні 2026 року NASA також модернізувало свою лабораторію холодних атомів (CAL) на МКС, що дозволило створювати конденсати Бозе-Ейнштейна уп’ятеро більші та формувати їх у трьох вимірах. Це свідчить про активну гонку в цій захопливій галузі науки. Поширені запитання Що таке абсолютний нуль і чи можна його досягти? Абсолютний нуль (0 Кельвінів або -273,15 °C) — це теоретична температура, при якій весь рух атомів припиняється. Досягти його неможливо через фундаментальні закони термодинаміки: чим ближче до абсолютного нуля, тим складніше видалити залишкову теплову енергію. Що таке пікокельвіни і наскільки це холодно? Пікокельвін (пК) — це одна трильйонна частина Кельвіна (10⁻¹² К). Температура 9,7 пікокельвінів, досягнута китайськими вченими, є найнижчою зафіксованою температурою, що у 14 порядків нижче за кімнатну температуру на Землі (близько 300 К). Чому для таких експериментів потрібна космічна станція? Космічна станція забезпечує середовище мікрогравітації. Це дозволяє слабше утримувати атоми, мінімізувати вплив гравітації на їхнє охолодження та поведінку, а також забезпечує довший час спостереження за ультрахолодними атомами. Що таке конденсат Бозе-Ейнштейна і для чого він потрібен? Конденсат Бозе-Ейнштейна (БЕК) — це особливий стан матерії, що виникає при наднизьких температурах, коли атоми поводяться як єдиний квантовий об’єкт. БЕК використовують для вивчення квантових явищ у великому масштабі, створення надточних атомних годинників та атомних інтерферометрів. Які практичні застосування матиме це відкриття? Новий рекорд та технології його досягнення відкривають шлях для розвитку надчутливих датчиків, точніших атомних годинників, поліпшення квантових обчислень та імітацій, а також для тестування фундаментальних законів фізики, таких як принцип еквівалентності. Цей новий температурний рекорд — не просто число у науковому журналі. Це крок у незвідану територію, де матерія поводиться так, як ми навіть не могли собі уявити. Це ключ до розуміння того, як працює наш Всесвіт на найфундаментальнішому рівні, і потенційно — до розробки технологій, які сьогодні здаються фантастикою. Фізики продовжуватимуть свою “нескінченну” подорож до абсолютного нуля, і кожен мікро- чи пікокельвін наближатиме нас до нових відкриттів. Хтозна, які таємниці розкриються у світі, де навіть час здається уповільненим до межі.The post Вчені встановили рекорд: найнижча температура у Всесвіті – 9,7 пікокельвінів first appeared on T4 - сучасні технології та наука.

Фізики на борту китайської космічної станції «Тяньгун» досягли рекордно низької еквівалентної температури — лише 9,7 пі кельвіна. Це приблизно у 280 мільярдів разів нижче за середню температуру космічного мікрохвильового фону, яка становить близько 2,7 К. Результати експерименту опублікували в журналі Science. Абсолютний нуль, що дорівнює 0 К, є теоретичною нижньою межею температури. Досягти її неможливо, однак за наднизьких температур речовина починає демонструвати незвичайні квантові властивості. Один із прикладів — конденсат Бозе — Ейнштейна, у якому атоми переходять у спільний квантовий стан і поводяться майже як єдиний об’єкт. Для експерименту команда під керівництвом фізиків Сяоцзі Чжоу та Сюйцзун Ченя з Пекінського університету й Вейбяо Ченя з Китайської академії наук використала атоми рубідію-87. Спочатку їх охолодили лазерами в оптичній пастці, а потім застосували випарне охолодження: найенергійнішим атомам дозволяли залишати хмару, завдяки чому середня енергія решти частинок зменшувалася. Стійка для фізики холодного атома на борту китайської космічної станції Тяньгун У невагомості цей процес ускладнюється, оскільки атоми не віддаляються від пастки під дією гравітації. Щоб компенсувати цю особливість, науковці створили магнітний градієнт, який імітував вплив тяжіння. У результаті вдалося отримати конденсат приблизно з 20 тисяч атомів за температури 3,1 нанокельвіна. Потім хмару перенесли в ширшу оптичну пастку та поступово послабили її. Після вимкнення утримувального поля атоми почали розширюватися настільки повільно, що їх можна було спостерігати навіть через сім секунд. За швидкістю цього розширення дослідники обчислили еквівалентну температуру — 9,7 пі кельвіна. Важливо, що це не звичайне вимірювання температури, а оцінка енергії руху атомної хмари за швидкістю її розширення. Такий показник має практичне значення: що повільніше розсіюються атоми, то довше їх можна спостерігати й використовувати для точних вимірювань. Результат може допомогти розвитку квантових сенсорів. Зокрема, надхолодні атоми можна застосовувати в атомній інтерферометрії — методі, що використовує хвильові властивості атомів для вимірювання надзвичайно малих змін навколишнього середовища. У перспективі це дасть змогу точніше перевіряти фундаментальні фізичні принципи, зокрема принцип еквівалентності, згідно з яким гравітація однаково впливає на об’єкти незалежно від їхньої маси чи складу. Науковці також сподіваються, що подібні установки на орбіті допоможуть досліджувати екзотичні стани матерії, які складно відтворити в земних лабораторіях.