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

Übersetzung: Nadine Hennig Lektorat: Angelika Lueckert Leon

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

Die kältesten Materialien der Welt befinden sich weder in der Antarktis,

They’re not at the top of Mount Everest

noch auf dem Gipfel des Mount Everest,

or buried in a glacier.

noch in einem Gletscher begraben,

They’re in physics labs:

sondern in Physiklaboren:

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

Gaswolken, die zu Bruchteilen aus einem Grad über der absoluten Null bestehen.

That’s 395 million times colder than your refrigerator,

Das ist 395-Millionen-mal kälter als die Kühlschranktemperatur,

100 million times colder than liquid nitrogen,

100-Millionen-mal kälter als flüssiger Stickstoff

and 4 million times colder than outer space.

und 4-Millionen-mal kälter als die Temperatur im Weltall.

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

So niedrige Temperaturen geben den Wissenschaftlern

Einblicke in die Funktionweise von Materie

and allow engineers to build incredibly sensitive instruments

und ermöglichen Ingenieuren, äußerst empfindliche Geräte zu bauen,

that tell us more about everything

die uns alles erklären,

from our exact position on the planet

von unserem genauen Standpunkt auf der Erde

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

bis hin zu den entferntesten Winkeln des Universums.

How do we create such extreme temperatures?

Wie erschafft man solch extreme Temperaturen?

In short, by slowing down moving particles.

Kurz gesagt, durch die Abbremsung der sich bewegenden Partikel.

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

Sprechen wir über Temperatur, sprechen wir eigentlich über Bewegung.

The atoms that make up solids,

Die Atome, aus denen Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase bestehen,

liquids,

and gases

are moving all the time.

bewegen sich ständig.

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

Bewegen sich Atome schneller, nehmen wir die Materie als heiß wahr.

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

Bewegen sie sich nicht so schnell, nehmen wir sie als kalt wahr.

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

Zur täglichen Kühlung von heißen Gegenständen oder Gas

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

legen wir sie in eine kältere Umgebung, wie einen Kühlschrank.

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

Die atomare Bewegung im heißen Gegenstand wird an die Umgebung abgegeben

and it cools down.

und er kühlt sich ab.

But there’s a limit to this:

Aber es gibt eine Grenze:

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

Selbst im Weltall ist es zu warm, um äußerst niedrige Temperaturen zu schaffen.

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

Wissenschaftler fanden eine Methode, die Atome abzubremsen --

with a laser beam.

mit einem Laserstrahl.

Under most circumstances,

Eigentlich heizt die Energie in einem Laserstrahl Materialien auf.

the energy in a laser beam heats things up.

But used in a very precise way,

Wird er aber auf sehr präzise Weise verwendet,

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

kann die Strahlkraft die sich bewegenden Atome fast zum Stillstand bringen,

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

sie abkühlen.

Dies alles passiert in einer sogenannten magneto-optischen Falle.

Atoms are injected into a vacuum chamber,

Atome werden in eine Vakuumkammer eingespeist

and a magnetic field draws them towards the center.

und ein magnetisches Feld zieht sie in die Mitte.

A laser beam aimed at the middle of the chamber

Ein Laserstrahl, der auf die Mitte der Kammer zielt,

is tuned to just the right frequency

wird auf die genau richtige Frequenz eingestellt,

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

so dass sich ein auf ihn zu bewegendes Atom

ein Photon des Laserstrahl absorbiert und abgebremst.

The slow down effect comes from the transfer of momentum

Der Abbremsungseffekt geht von der Übertragungskraft

between the atom and the photon.

zwischen dem Atom und dem Photon aus.

A total of six beams, in a perpendicular arrangement,

Insgesamt sechs Strahlen in vertikaler Ausrichtung stellen sicher,

ensure that atoms traveling in all directions will be intercepted.

dass die sich in alle Richtungen bewegenden Atome abgefangen werden.

At the center, where the beams intersect,

In der Mitte, wo sich die Strahlen überschneiden,

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

bewegen sich die Atome träge,

als ob sie in einer dickflüssigen Masse gefangen wären --

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

ein Effekt, den die Wissenschaftler "optische Melasse" nennen.

A magneto-optical trap like this

Solch eine magneto-optische Falle

can cool atoms down to just a few microkelvins —

kann die Atome auf ein paar Mikrokelvin --

about -273 degrees Celsius.

auf ca. -273 °C -- abkühlen.

This technique was developed in the 1980s,

Diese Technik wurde in den 1980ern entwickelt,

and the scientists who'd contributed to it

und die Wissenschaftler, die daran beteiligt waren,

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

gewannen 1997 den Nobelpreis für Physik für diese Entdeckung.

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

Seitdem wurde die Laserkühlung verbessert,

um noch niedrigere Temperaturen zu erreichen.

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

Doch warum will man Atome so sehr abkühlen?

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

Zunächst einmal sind kalte Atome sehr gute Detektoren.

With so little energy,

Mit so wenig Energie

they’re incredibly sensitive to fluctuations in the environment.

reagieren sie sehr empfindlich auf Schwankungen in der Umgebung.

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

Sie werden in Geräten verwendet, die Erdöl und Mineralvorkommen finden,

and they also make highly accurate atomic clocks,

sowie in hochgenauen Atomuhren,

like the ones used in global positioning satellites.

wie zum Beispiel die in GPS-Satelliten.

Secondly, cold atoms hold enormous potential

Zweitens haben kalte Atome enormes Potenzial,

for probing the frontiers of physics.

die Grenzen der Physik zu erproben.

Their extreme sensitivity makes them candidates

Durch ihre extreme Empfindlichkeit können sie zur Erfassung

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

von Gravitationswellen in künftigen satellitengestützten Detektoren

verwendet werden.

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

Sie sind ebenso für die Untersuchung

atomarer und subatomarer Phänomene nützlich,

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

bei der äußerst winzige Schwankungen in der Atomenergie gemessen werden müssen.

Those are drowned out at normal temperatures,

Diese werden bei normalen Temperaturen übertönt,

when atoms speed around at hundreds of meters per second.

wenn Atome eine Geschwindigkeit

von Hunderten von Metern pro Sekunde aufweisen.

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

Laserkühlung kann Atome auf ein paar Zentimeter pro Sekunde verlangsamen --

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

genug, um die Bewegung von atomaren Quanteneffekten sichtbar zu machen.

Ultracold atoms have already allowed scientists to study phenomena

Durch ultrakalte Atome konnten die Wissenschaftler bereits Phänomene

like Bose-Einstein condensation,

wie das Bose-Einstein- Kondensat erforschen,

in which atoms are cooled almost to absolute zero

in dem Atome fast auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden

and become a rare new state of matter.

und einen seltenen neuen Aggregatzustand aufweisen.

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

Wissenschaftler streben weiterhin danach, die Gesetze der Physik zu verstehen

and unravel the mysteries of the universe,

und die Geheimnisse des Universums zu enthüllen,

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

und tun dies mit Hilfe der kältesten Atome darin.