تيانقونغ تسجل أبرد حرارة على الإطلاق بفارق قياسي

سجّل فريق بحثي على متن محطة الفضاء الصينية «تيانقونغ» درجة حرارة قدرها 10 بيكوكلفن لسحابة من ذرّات الروبيديوم، وهي أدنى درجة حرارة سُجّلت، بحسب ما أعلنه الباحثون. والبيكوكلفن جزء من مليون مليون جزء من الكلفن، أي أنّ هذه الذرّات أبرد بما لا يقاس من أي شيء نصادفه في الحياة اليومية، وأقرب إلى الصفر المطلق مما بلغته تجارب سابقة في الفضاء وفي برج السقوط الحر.

أعلن الباحثون النتيجة في 5 نوفمبر في مجلة Science. وتحمل الورقة عنوان «Quantum gases below 10 picokelvin in space».

كيف بُرّدت الذرّات إلى هذا الحد؟

حبس العلماء 20,000 ذرّة روبيديوم في «فخ ثنائي القطب بصري» (Optical-dipole trap)، وهو جهاز يمسك الذرّات داخل شعاع ليزر، ويُعرف أيضاً باسم الملقط الضوئي. وبحسب الباحثين، فإن تقييد حركة الذرّات مع انعدام الوزن في «تيانقونغ» خفّضا حرارة السحابة إلى مستوى لا تتيحه الظروف على الأرض.

وتنقل Science News أن الجاذبية الدقيقة (Microgravity) تسمح للذرّات بأن تطفو، فيصبح تبريدها أكثر كفاءة.

كيف تقارن النتيجة بالتجارب السابقة؟

بلغت تجربة سابقة على متن محطة الفضاء الدولية 52 بيكوكلفن. وفي تجربة أخرى وصلت الذرّات إلى 38 بيكوكلفن أثناء سقوط حرّ في حالة انعدام وزن من برج مرتفع. وتقلّ نتيجة «تيانقونغ»، وهي 10 بيكوكلفن، عن الرقمين معاً.

وشكّل الباحثون من مجموعة الذرّات عديمة الوزن مكثّفاً لبوز وآينشتاين (Bose-Einstein condensate). وفي هذه الحالة تتكتّل الذرّات شديدة البرودة وتتصرّف كأنها ذرّة واحدة. ويوصف المكثّف بأنه «الحالة الخامسة» للمادة.

هل يمكن بلوغ الصفر المطلق؟

الصفر المطلق هو أدنى درجة حرارة ممكنة نظرياً، ويساوي 273.15 درجة مئوية تحت الصفر (459.67 درجة فهرنهايت تحت الصفر). ويُعتقد أن جسيمات الجسم تتوقف عن الحركة عند بلوغه.

لكن إحدى صيغ القانون الثالث للديناميكا الحرارية، وهو القانون الذي يعالج سلوك الأنظمة عند اقترابها من الصفر المطلق، تجعل بلوغه مستحيلاً، لأن الجسيمات تحتفظ بقدر من الإنتروبيا، أي الاضطراب. وقال Saibal Mitra، أستاذ الفيزياء في جامعة ولاية ميسوري (ملفه التعريفي)، في مقابلة مع Live Science عام 2024: «تنصّ إحدى صيغ القانون الثالث على أن بلوغ الصفر المطلق يتطلب عدداً لا نهائياً من الخطوات، ما يعني أنك لن تصل إليه أبداً».

وأضاف Mitra أن بلوغه سيخالف القانون الثاني، الذي ينص على أن الإنتروبيا تزداد دائماً. وقال كذلك: «لو توافر لديك مصرف حراري عند الصفر المطلق، فسيمكنك بناء آلة كفاءتها 100%».

ماذا بعد هذا الرقم؟

يقول الفريق إن هذا الرقم القياسي قد يحسّن البحوث الفضائية المستقبلية. وجاء في ورقة Science على لسان المؤلفين: «قد تحفّز درجة الحرارة القياسية المنخفضة هذه جيلاً جديداً من التجارب القائمة على الفخاخ ثنائية القطب البصرية في المحاكاة الكمومية والقياسات الدقيقة في الفضاء».