宇宙で一番寒い場所はどこですか？ 月ではなく、気温が華氏マイナスマイナス378度まで急降下する場所ではありません。 バックグラウンド温度が約マイナス455°Fである最も深い宇宙空間でもありません。 科学者が知る限り、これまでに達成された最低気温は地球上で最近観測されました。
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記録破りの低値は、極低温物理学の最新の偉業の1つでした。これは、原子や光自体が非常に異常な方法で振る舞うほど驚異的なほど冷たくなる温度での物質の実験室研究です。 一部の要素の電気抵抗は、約440°F未満で消失します。これは、超伝導と呼ばれる現象です。 さらに低い温度では、一部の液化ガスは、他の種類の液体を保持するのに十分なほど固体の壁を通ってにじみ出る「超流動体」になります。 コンテナから出たり入ったりして忍び寄るとき、彼らは重力に逆らうようです。
物理学者は、絶対零度として知られており、ずっと前にマイナス459.67°Fと計算された、考えられる最も寒い温度に決して到達できないことを認めています。 物理学者にとって、温度は原子の動きの速さの尺度であり、そのエネルギーの反映です。絶対ゼロは、物質から抽出される熱エネルギーがまったく残っていないポイントです。
しかし、数人の物理学者は、その理論上の限界にできるだけ近づけることを意図しており、ケンブリッジのマサチューセッツ工科大学のウォルフガングケッタールの研究室を訪れたとき、その最も希少な競技のより良い見方を得ることでした。 現在、少なくともギネス世界記録2008によれば、最低気温：絶対零度を超える華氏810兆分の1度の記録を保持しています。 Ketterleと彼の同僚は、磁石で固定されたナトリウム分子の約1000分の1インチの雲を操作しながら、2003年にその偉業を達成しました。
ケッタールに、彼らが記録を樹立した場所を見せてほしい。 私たちはゴーグルを着用して、レーザービームからの赤外光によって目がくらむのを防ぎ、高速で移動する原子粒子を減速させて冷却します。 私たちは彼の日当たりの良いオフィスから廊下を渡り、配線、小さな鏡、真空管、レーザー光源、強力なコンピューター機器が相互に接続された暗い部屋に向かいます。 「ここです」と彼は言います。彼の声は、アルミホイルで包まれたチューブが通っている黒い箱を指さすと興奮して上がります。 「これが、私たちが最も低温にした場所です。」
ケターレの業績は、ボーズ・アインシュタイン凝縮体（BEC）と呼ばれるまったく新しい形の物質の追求から生まれました。 凝縮物は、標準の気体、液体、または固体ではありません。 それらは、原子の雲（場合によっては数百万以上）がすべて同じ量子状態に入り、1つの原子として振る舞うときに形成されます。 アルバートアインシュタインとインドの物理学者サティエンドラボーズは、1925年に科学者が原子を絶対零度に近い温度にさらすことでそのような物質を生成できると予測しました。 70年後、MITで働いているケッタール、ほぼ同時にボルダーのコロラド大学で働いているカールウィーマン、ボルダーの国立標準技術研究所のエリックコーネルが最初のボーズ・アインシュタイン凝縮体を作成しました。 3人はすぐにノーベル賞を受賞しました。 KetterleのチームはBECを使用して、圧縮性などの物質の基本的な特性を研究し、超流動性などの奇妙な低温現象をよりよく理解しています。 最終的に、ケッタールは、多くの物理学者と同様に、室温で超伝導体として作用する可能性のある物質の新しい形態を発見したいと考えています。 ほとんどのノーベル賞受賞者にとって、この栄誉は長いキャリアの上限になります。 しかし、彼が授与されたときに44歳だったケッタールにとって、BECの創造は彼と彼の同僚が何十年も探検する新しい分野を開いた。
最も寒い場所のもう一つの候補は、ハーバードのレネ・ヴェスターガード・ハウの研究室にあるケンブリッジ全域です。 彼女の個人的な最高は、絶対零度よりも数百万度F高い、Ketterleの近くで、彼女もBECの作成中に到達しました。 「私たちは今、毎日BECを作っています」と彼女は、階段を下りて機器が詰め込まれた研究室に行くと言います。 部屋の中央にあるビリヤード台サイズのプラットフォームは、小さな楕円形の鏡と鉛筆のように細いレーザービームで構成された迷路のように見えます。 BECを活用して、ハウと彼女の同僚は不可能に思えるかもしれないことをしました。
私たちが聞いたことがあるように、光の速度は一定です：真空中は毎秒186, 171マイルです。 しかし、現実の世界では、真空以外では異なります。 たとえば、光は曲がるだけでなく、ガラスや水を通過するときにわずかに遅くなります。 それでも、Hauがレーザー光線をBECに照射する場合に起こることと比較すると、それは何もありません。まるで野球を枕に投げ込むようなものです。 「最初に、自転車の速度まで減速しました」とハウは言います。 「今はクロール中です。実際にそれを止めることができます。BECの内部に光を完全に閉じ込め、それを見て、遊んで、準備ができたら放します。」
彼女は、BECの密度と温度によって光のパルスが遅くなるため、このように光を操作できます。 （彼女は最近、実験をさらに一歩進め、1つのBECでパルスを停止し、それを電気エネルギーに変換し、別のBECに転送し、それを解放して再び送信します。）ハウはBECを使用して自然についてさらに発見しますコンピュータの処理速度を向上させ、情報を保存する新しい方法を提供するために、「スローライト」（つまり、BECに閉じ込められた光）を使用する方法。
すべての極寒研究がBECを使用して実行されるわけではありません。 たとえば、フィンランドでは、物理学者のJuha Tuoriniemiがロジウム原子の核を磁気的に操作して、絶対零度を超える華氏180兆分の1度の温度に到達します。 （ギネスの記録にもかかわらず、多くの専門家はトゥエリーニエミをケッテルよりも低い温度を達成したと考えていますが、それはBECなどの原子群を測定するか、原子核など原子の一部のみを測定するかによって異なります）
絶対ゼロは達成しようとする価値があるように思えるかもしれませんが、ケッタールはより良く知っていると言います。 「私たちは試みていません」と彼は言います。 「私たちのいる場所は実験に十分な寒さです。」 物理学者の熱と熱力学の法則の理解によると、言うまでもなく、それは単に面倒の価値はありません。 「すべてのエネルギー、最後のビットをすべて吸い取り、ゼロエネルギーと絶対ゼロを達成するには、宇宙の年齢を達成する必要があります。」
トム・シャクトマンは、将来のPBS「ノヴァ」ドキュメンタリーの基礎となるアブソリュート・ゼロと寒さの征服の著者です。
