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

Translator: sadegh zabihi Reviewer: Behdad Khazaeli

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

سردترین مواد زمین در قطب جنوب نیستند.

They’re not at the top of Mount Everest

در بالای قله اورست هم نیستند

or buried in a glacier.

در یخچال‌های طبیعی هم مدفون نشده‌اند.

They’re in physics labs:

آنها در آزمایشگاه‌های فیزیک هستند:

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

ابرهایی از گاز که تنها کسری از درجه بالاتر از صفر مطلق هستند.

That’s 395 million times colder than your refrigerator,

یعنی ۳۹۵ میلیون بار سردتر از یخچال شما،

100 million times colder than liquid nitrogen,

۱۰۰ میلیون بار سردتر از نیتروژن مایع،

and 4 million times colder than outer space.

و ۴ میلیون بار سردتر از فضای بیرونی.

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

دماهای چنین پایین برای دانشمندان پنجره‌ای به فعالیت‌های درونی ماده باز می‌کند،

and allow engineers to build incredibly sensitive instruments

و به مهندسان اجازه می‌دهد ابزارهایی بسیار حساس بسازند

that tell us more about everything

که درباره همه چیز بیشتر به ما می‌گویند

from our exact position on the planet

از جایگاه دقیق ما در سیاره

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

تا اتفاقاتی که در دوردست‌های جهان رخ می‌دهد.

How do we create such extreme temperatures?

چطور چنین دماهای پایینی را ایجاد می‌کنیم؟

In short, by slowing down moving particles.

به طور خلاصه، با کم کردن سرعت ذرات متحرک.

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

وقتی از دما می‌گوییم در واقع درباره حرکت حرف می‌زنیم.

The atoms that make up solids,

اتم‌هایی که جامد

liquids,

مایع،

and gases

و گازها را می‌سازند

are moving all the time.

همواره در حرکت هستند.

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

وقتی اتم‌ها تندتر حرکت کنند ما ماده را داغ می‌پنداریم.

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

وقتی آهسته‌تر حرکت کنند می‌گوییم ماده سرد است.

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

برای سرد کردن یک جسم یا گاز داغ در زندگی روزمره،

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

آن را در محیطی سردتر مانند یخچال قرار می‌دهیم.

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

بعضی از تحرکات اتمی در جسم داغ به پیرامون منتقل می‌شود،

and it cools down.

و جسم خنک می‌شود.

But there’s a limit to this:

اما حدی برای آن هست:

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

حتی فضای بیرونی هم گرم‌تر از آن است که دماهای فراسرد را ایجاد کند.

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

پس در عوض، دانشمندان راهی برای کند کردن مستقیم اتم‌ها پیدا کردند --

with a laser beam.

با یک پرتو لیزر.

Under most circumstances,

در اکثر شرایط،

the energy in a laser beam heats things up.

انرژی یک پرتو لیزر چیزها را گرم می‌کند.

But used in a very precise way,

اما با استفاده از آن به روشی خیلی دقیق،

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

تکانه پرتو می‌تواند اتم‌های متحرک را از حرکت بازداشته، آنها را خنک کند.

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

این اتفاقی است که در دستگاهی به نام تله نوری مغناطیسی رخ می‌دهد.

Atoms are injected into a vacuum chamber,

اتم‌ها به محفظه‌ای خلا تزریق می‌شوند،

and a magnetic field draws them towards the center.

و یک میدان مغناطیسی آنها را به مرکز می‌کشاند.

A laser beam aimed at the middle of the chamber

یک پرتو لیزر به مرکز محفظه هدف گرفته می‌شود

is tuned to just the right frequency

که دقیقا روی فرکانس درست تنظیم شده است

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

که اتمی که به سمتش می‌رود یک فوتون از پرتو لیزر را جذب کرده و کند می‌شود.

The slow down effect comes from the transfer of momentum

اثر آهسته شدن از انتقال تکانه

between the atom and the photon.

بین اتم و فوتون نشات می‌گیرد.

A total of six beams, in a perpendicular arrangement,

در مجموع شش پرتو، در چیدمانی عمودی،

ensure that atoms traveling in all directions will be intercepted.

تضمین می‌کنند که اتم‌ها در هر جهتی که حرکت کنند متوقف خواهند شد.

At the center, where the beams intersect,

در مرکز، جایی که پرتوها یکدیگر را قطع می‌کنند،

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

اتم‌ها چنان آهسته حرکت می‌کنند که انگار در مایعی غلیظ گرفتار شده‌اند --

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

اثری که دانشمندانی که آن را اختراع کرده‌اند «شیره نوری» می‌نامند.

A magneto-optical trap like this

یک تله نوری مغناطیسی مثل این

can cool atoms down to just a few microkelvins —

می‌تواند اتم‌ها را تا فقط چند میکروکلوین سرد کند --

about -273 degrees Celsius.

حدود ۲۷۳- درجه سلسیوس.

This technique was developed in the 1980s,

این روش در دهه ۸۰ میلادی توسعه یافت،

and the scientists who'd contributed to it

و دانشمندانی که در آن مشارکت داشتند

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

جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۹۷ را به خاطر کشفشان برنده شدند.

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

از آن زمان، سرد کردن با لیزر پیشرفت کرده تا دماهای حتی پایین‌تر را ممکن کند.

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

اما چرا باید بخواهید اتم‌ها را تا این درجه سرد کنید؟

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

اول از همه، اتم‌های سرد آشکارسازهای خیلی خوبی هستند.

With so little energy,

با انرژی بسیار کم،

they’re incredibly sensitive to fluctuations in the environment.

به طرز باور نکردنی به نوسانات اطراف حساس هستند.

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

پس از آنها در دستگاه‌هایی که نفت زیرزمینی و ذخایر معدنی را کشف می‌کنند استفاده می‌شود،

and they also make highly accurate atomic clocks,

آنها همچنین ساعت‌های اتمی بسیار دقیق می‌سازند،

like the ones used in global positioning satellites.

مثل آن که در ماهواره موقعیت‌یاب جهانی استفاده شده است.

Secondly, cold atoms hold enormous potential

دوم اینکه، اتم‌های سرد پتانسیل خیلی زیادی

for probing the frontiers of physics.

در کاوش مرزهای فیزیک دارند.

Their extreme sensitivity makes them candidates

حساسیت بسیار زیاد، آنها را به گزینه‌هایی

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

برای استفاده در آشکارسازی امواج گرانشی در آشکارسازهای فضایی آینده بدل کرده است.

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

آنها همچنین برای مطالعه پدیده‌های اتمی و زیراتمی مفید هستند،

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

که به اندازه‌گیری نوسانات اندک انرژی اتم‌ها نیاز دارد.

Those are drowned out at normal temperatures,

آنها در دماهای معمولی غرق می‌شوند،

when atoms speed around at hundreds of meters per second.

وقتی اتم‌ها با سرعت صدها متر بر ثانیه به اطراف حرکت می‌کنند.

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

سرد کردن لیزری می‌تواند اتم‌ها را تا تنها چند سانتی‌متر بر ثانیه کُند کند --

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

که برای آشکار شدن حرکت ناشی از اثرات کوانتومی اتم کافی است.

Ultracold atoms have already allowed scientists to study phenomena

اتم‌های فراسرد تا کنون این امکان را به دانشمندان داده‌اند

like Bose-Einstein condensation,

تا پدیده‌هایی مانند چگالش بوز-انیشتین را مطالعه کنند،

in which atoms are cooled almost to absolute zero

که در آن اتم‌ها تا حدود صفر مطلق سرد می‌شوند

and become a rare new state of matter.

و به حالت نادر جدیدی از ماده تبدیل می‌شوند.

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

پس دانشمندان که برای درک قوانین فیزیک

and unravel the mysteries of the universe,

و پرده برداشتن از اسرار کائنات به راه‌شان ادامه می‌دهند،

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

این کار را با کمک سردترین اتم‌ها انجام می‌دهند.