What is the coldest thing in the world? - Lina Marieth Hoyos

المترجم: Roa'a AlMahameed المدقّق: Nada Qanbar

The coldest materials in the world aren’t in Antarctica.

أبرد المواد في العالم ليست موجودة في القطب الجنوبي.

They’re not at the top of Mount Everest

ولا في قمة إفريست،

or buried in a glacier.

وليست مدفونة تحت كتلة جليدية.

They’re in physics labs:

بل موجودة في مختبرات فيزيائية:

clouds of gases held just fractions of a degree above absolute zero.

للسحب الغازية درجة حرارة أعلى من الصفر المطلق بكسور.

That’s 395 million times colder than your refrigerator,

هي أبرد من ثلاجتك ب 395 مرة،

100 million times colder than liquid nitrogen,

أبرد ب 100 مرة من النيتروجين السائل،

and 4 million times colder than outer space.

وأبرد بأربعة أضعاف من الفضاء الخارجي.

Temperatures this low give scientists a window into the inner workings of matter,

درجات الحرارة المنخفضة هذه تفتح للعلماء نافذة على الأجزاء الداخلية للمادة،

and allow engineers to build incredibly sensitive instruments

وتمكن المهندسين من بناء أدوات حساسة جداً

that tell us more about everything

تزيدنا علما حول كل شيء

from our exact position on the planet

ابتداءً من موقعنا الدقيق على الكوكب،

to what’s happening in the farthest reaches of the universe.

إلى معرفة ما الذي يحدث في أبعد طرف للكون.

How do we create such extreme temperatures?

كيف تمكنا من خلق هذه البرودة القصوى؟

In short, by slowing down moving particles.

باختصار، عن طريق تبطيْ حركة الجزيئات.

When we’re talking about temperature, what we’re really talking about is motion.

حين نتحدث عن الحرارة، فنحن نتحدث فعلياًً عن الحركة.

The atoms that make up solids,

الذرات المكونة للمواد الصلبة،

liquids,

السوائل،

and gases

والغازات

are moving all the time.

في حالة حركة دائمة.

When atoms are moving more rapidly, we perceive that matter as hot.

عندما تتحرك الجزيئات بسرعة، نشعر بحرارة المادة.

When they’re moving more slowly, we perceive it as cold.

وحين تتحرك ببطئ أكثر، نشعر ببرودتها.

To make a hot object or gas cold in everyday life,

لتبريد أي مادة ساخنة أو غاز في حياتنا اليومية،

we place it in a colder environment, like a refrigerator.

نضعه في بيئة أبرد، مثل الثلاجة.

Some of the atomic motion in the hot object is transferred to the surroundings,

بعضٌ من الحركة الجزيئية في المادة الساخنة تنتقل إلى البيئة المحيطة،

and it cools down.

فتبرد.

But there’s a limit to this:

لكن هنالك حدود لذلك:

even outer space is too warm to create ultra-low temperatures.

حتى الفضاء الخارجي يعتبر أدفء من أن نصنع درجات حرارة منخفضة جداً.

So instead, scientists figured out a way to slow the atoms down directly –

عوضاَ عن ذلك، وجد العلماء طريقة لتبطييء حركة الذرات مباشرة-

with a laser beam.

بواسطة أشعة الليزر.

Under most circumstances,

في أغلب الظروف،

the energy in a laser beam heats things up.

الطاقة في حزمة أشعة الليزر تعمل على تسخين الأشياء.

But used in a very precise way,

لكن عند استخدامها بطريقة دقيقة جداً،

the beam’s momentum can stall moving atoms, cooling them down.

يستطيع زخم الأشعة أن يبطيء حركة الذرات وبالتالي يبردها.

That’s what happens in a device called a magneto-optical trap.

وهذه طريقة عمل جهاز الحابس الضوئي الممغنط.

Atoms are injected into a vacuum chamber,

تُحقن الذرات في حجرة تفريغ،

and a magnetic field draws them towards the center.

ثم يوجههم المجال المغناطيسي إلى المنتصف،

A laser beam aimed at the middle of the chamber

تُسلط أشعة ليزر مضبوطة على التردد الصحيح

is tuned to just the right frequency

إلى منتصف الحجرة،

that an atom moving towards it will absorb a photon of the laser beam and slow down.

فتقوم الذرة المتجهة نحو الليزر بامتصاص الفوتون فتتباطئ حركتها.

The slow down effect comes from the transfer of momentum

هذا التباطؤ ناتج عن تغيير في الزخم الحركي

between the atom and the photon.

بين الذرة والفوتون.

A total of six beams, in a perpendicular arrangement,

مجموعة من ستة حزم ضوئية متعامدة،

ensure that atoms traveling in all directions will be intercepted.

تضمن اعتراض الذرات المتحركة في جميع الاتجاهات.

At the center, where the beams intersect,

في المنتصف، حيث تتقاطع تلك الحزم،

the atoms move sluggishly, as if trapped in a thick liquid —

تتحرك الذرات ببطء كما لو أنها عالقة في سائل كثيف.

an effect the researchers who invented it described as “optical molasses.”

في حدث يصفه مخترعو هذه التقنية بالـ"دبس ضوئي".

A magneto-optical trap like this

جهاز كالحابس الضوئي الممغنط

can cool atoms down to just a few microkelvins —

يستطيع تبريد الذرات لدرجات مايكروكلفن بسيطة،

about -273 degrees Celsius.

تعادل 273 درجة مئوية تحت الصفر تقريباً.

This technique was developed in the 1980s,

تم تطوير هذه التقنية في الثمانينات،

and the scientists who'd contributed to it

والعلماء المساهمين في تطويرها،

won the Nobel Prize in Physics in 1997 for the discovery.

نالوا على هذا الاكتشاف جائزة نوبل في الفيزياء عام 1997.

Since then, laser cooling has been improved to reach even lower temperatures.

منذ ذلك الحين، تطورت تقنية التبريد بالليزر للحصول على درجات برودة أقل.

But why would you want to cool atoms down that much?

لكن لماذا نريد تبريد الذرات إلى هذه الدرجة؟

First of all, cold atoms can make very good detectors.

أولاً، تستخدم الذرات الباردة ككاشف جيد.

With so little energy,

وباستهلاك القليل من الطاقة،

they’re incredibly sensitive to fluctuations in the environment.

هذه الذرات حساسة جداً لتقلبات البيئة.

So they’re used in devices that find underground oil and mineral deposits,

بالتالي تستخدم في أجهزة التنقيب عن البترول والرواسب المعدنية،

and they also make highly accurate atomic clocks,

وتعتبر أيضاً ساعة ذرية دقيقة للغاية،

like the ones used in global positioning satellites.

مثل التي تستخدم في الأقمار الصناعية لتحديد المواقع عالمياً.

Secondly, cold atoms hold enormous potential

ثانياً، لاستخدامات الذرة الباردة احتمالات هائلة

for probing the frontiers of physics.

لاكتشاف حدود الفيزياء.

Their extreme sensitivity makes them candidates

تميُزها بحساسية هائلة تجعلها مرشحة

to be used to detect gravitational waves in future space-based detectors.

لاستخدامها في الكشف عن موجات الجاذبية في أجهزة الكشف الفضائية المستقبلية.

They’re also useful for the study of atomic and subatomic phenomena,

وهي أيضاً مفيدة لدراسة الظواهر الذرية وما دون الذرية.

which requires measuring incredibly tiny fluctuations in the energy of atoms.

مما يتطلب قياس تقلبات غاية في الدقة في الطاقة الذرية.

Those are drowned out at normal temperatures,

الذرات الغارقة في درجات حرارة طبيعية،

when atoms speed around at hundreds of meters per second.

عندما تتحرك بسرعة مئات المترات في الثانية،

Laser cooling can slow atoms to just a few centimeters per second—

يستطيع الليزر تبطيئها لعدة سنتيمترات في الثانية

enough for the motion caused by atomic quantum effects to become obvious.

كافية لجعل الحركة المتأثرة بالكم الذري واضحة.

Ultracold atoms have already allowed scientists to study phenomena

الذرات المبردة للحدود القصوى سمحت للعلماء بدراسة ظاهرة

like Bose-Einstein condensation,

مثل تكثف (بوز-اينشتاين)،

in which atoms are cooled almost to absolute zero

والتي بموجبها تكون الذرات مبردة لدرجة الصفر المطلق،

and become a rare new state of matter.

فتتحول لحالة جديدة ونادرة للمادة.

So as researchers continue in their quest to understand the laws of physics

فبينما يستمر الباحثون في مساعيهم لفهم قوانين الفيزياء

and unravel the mysteries of the universe,

واكتشاف غموض الكون،

they’ll do so with the help of the very coldest atoms in it.

ستساعدهم برودة الذرات في تحقيق ذلك.