Ny teori sender temperaturer til nye lavpunkter

Forskere har udviklet en ny teori til registrering af de laveste temperaturer, der nogensinde er målt, med den største nøjagtighed, som naturens love tillader. Denne forskningslinje lover at revolutionere lavtemperaturfysik og kan finde et væld af anvendelser i nye kvanteteknologier.

Et nyligt samarbejde, der involverer et hold fra University of Nottingham og The Institute of Photonic Sciences (Barcelona, Spanien), viser, at det er muligt, i princippet, at måle temperaturer under en milliardtedel af en Kelvin (!) i en kold atomart gas uden at forstyrre den væsentligt, slår de nuværende præcisionsstandarder. Værket er offentliggjort i den seneste udgave af tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

I deres undersøgelse, forskerne modellerede et Bose-Einstein-kondensat - en unik stoftilstand opnået ved at køle en atomart gas ned til ekstremt lave temperaturer - ved hjælp af realistiske eksperimentelle parametre. Den termometriske teknik ville fungere ved at indlejre et urenhedsatom i atomkondensatet, så den får information om prøvens temperatur gennem interaktion. I særdeleshed, dens placering og hastighed bliver temperaturafhængige, således at ved at overvåge dem, temperaturen kan udledes med høj nøjagtighed uden at forstyrre kondensatet.

Køling af atomare gasser

Ultrakolde atomare gasser er en meget alsidig eksperimentel platform til en række anvendelser såsom simulering af stærkt korrelerede systemer, kvanteinformationsbehandling, eller produktion af højkvalitets (kolde) elektronstråler til elektronmikroskopi eller elektrondiffraktion. For de fleste af disse applikationer er det vigtigt at nedkøle atomgassen til de lavest mulige temperaturer. At bestemme temperaturen på disse systemer præcist er også kritisk for applikationer.

Mohammad Mehboudi, hovedforfatteren af ​​papiret sagde:"De mest almindelige termometriske teknikker, der i øjeblikket er tilgængelige for kolde atomer, er destruktive; det vil sige, prøven destrueres som følge af målingen. På den anden side, ikke-destruktive teknikker mangler normalt den nødvendige nøjagtighed ved meget lav temperatur. Vores forskning giver en løsning, der overvinder begge disse problemer."

Enestående eksperimentelle resultater tillader i dag højpræcisionstermometri ved meget lave temperaturer. Imidlertid, afhængig af den specifikke eksperimentelle platform, den underliggende fysiske mekanisme, nøjagtighed, og det effektive temperaturområde for forskellige termometriske skemaer varierer betydeligt. Dr. Luis Correa arbejdede også i undersøgelsen og påpeger:"Den nyudviklede teoretiske ramme for kvantetermometri søger at bestemme de grundlæggende grænser for præcisionen af ​​temperaturmålinger tæt på det absolutte nulpunkt; og det gælder universelt for ethvert system. Vigtigt, dette kan give fingerpeg om, hvordan man kan forbedre de nuværende termometriske standarder for lav temperatur."