Na čínské vesmírné stanici panovala nejnižší teplota ve známém vesmíru, pouhých deset biliontin stupně Celsia od absolutní nuly. Mohlo by to pomoci s vývojem nových kvantových technologií i lepších senzorů.
9,7 pikokelvinů. To je teplota jen deset biliontin stupně nad absolutní nulou, kterou se až doposud nepodařilo nejen nikde uměle vytvořit, ale dokonce ani nikde v kosmu naměřit. Teď se to podařilo čínským vědcům ve speciálně připravené kvantově mechanické směsi atomů na palubě čínské vesmírné stanice Tchien-kung. Látku udrželi v tomto stavu sedm sekund, což je podle některých expertů podobně významné jako samotná teplota.
Celý experiment proběhl zcela automaticky v modulu, který obsahoval látku označovanou jako Boseho-Einsteinův kondenzát. Vědcům se podařilo čtyřnásobně překonat doposud nejnižší dosaženou teplotu. Věří, že by tento úspěch mohl otevřít nové možnosti využití chladných atomů ve vesmíru k výzkumu základních fyzikálních jevů.
„Gratuluji vědcům,“ komentoval úspěch kvantový fyzik Ernst Rasel z Leibnizovy univerzity v Hannoveru, jehož tým držel od roku 2021 až doposud teplotní rekord. Považuje čínský úspěch za ohromující.
Zákony kvantové vlny
Boseho–Einsteinův kondenzát je látka, která existuje při teplotě blížící se absolutní nule a je v ní pozorovatelný kvantový efekt už na makromolekulární úrovni. Zní to složitě, ale ve skutečnosti to znamená, že zatímco normálně jsou všechny podivnosti spojené s kvantovou teorií pozorovatelné jen v těch absolutně nejmenších rozměrech, u této látky to funguje v o něco větších rozměrech.
Absolutní nula (−273,15 °C) je nejnižší možná teplota. Vyjadřuje stav, kdy mají částice látky nejnižší možnou energii. Teplota totiž souvisí s pohybem částic – čím rychleji se atomy a molekuly pohybují, tím je látka teplejší. Když se ochlazují, jejich pohyb se zpomaluje.
Při absolutní nule už částice nemohou mít méně energie, než dovolují fyzikální zákony. Nelze tedy dosáhnout ještě nižší teploty, protože by to znamenalo, že částice mají nižší než svou nejnižší možnou energii.
Atomy se v této hmotě shlukují do jediné velké kvantové vlny. Jakmile se v ní ocitnou, získávají podivné vlastnosti, které připomínají magii. Patří k nim například schopnost proudit zcela bez odporu. Existenci této látky předpověděli už před 102 lety indický fyzik Satyendra Nath Bose a také Albert Einstein, ale až na konci dvacátého století se podařilo to otestovat a Boseho–Einsteinův kondenzát opravdu vytvořit – dva týmy, které za to byly zodpovědné, byly odměněny Nobelovou cenou za fyziku.
Brzy se při dalších pokusech ukázalo, že na Zemi se už většího pokroku dosáhnout nedá: experimenty totiž ovlivňuje gravitace, která částice tlačí proti elektromagnetickému poli a tím je zahřívá. Aby se podařilo více přiblížit k absolutní nule, kde mají být vlastnosti kondenzátu nejsilnější, musely se experimenty přesunout do kosmu – od roku 2018 funguje na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) právě tento pokus.
Protože Čína nemá k ISS přístup, rozhodla se jít vlastní cestou – vytvořila speciální experiment na své stanici Tchien-kung. Jmenuje se CAPR (Cold Atom Physics Rack) a funguje od roku 2022. Právě v něm proběhl nový pokus, při němž se podařilo látku ochladit tak, že se v ní atomy téměř zastavily.
Tyto výzkumy sice mohou vypadat jako velmi teoretická fyzika, ale mohou mít i velké množství přímých praktických důsledků. Díky nim by mohly například vzniknout výrazně přesnější senzory, ale také by to mohlo vést k rychlejším a méně chybujícím kvantovým čipům. Potenciál má také vývoj lepších supravodičů, které by mohly v budoucnu snížit energetické ztráty při přenosu elektřiny, zlepšit magnety pro medicínu nebo umožnit nové typy elektronických zařízení.
