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

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Allon Sasson

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

החומרים הקרים בעולם אינם באנטארקטיקה.

They’re not at the top of Mount Everest

הם לא על ראש הר אוורסט

or buried in a glacier.

או קבורים בקרחון.

They’re in physics labs:

הם במעבדות פיזיקה:

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

עננים של גזים שמוחזקים רק בחלקיק מעלה מעל האפס המוחלט.

That’s 395 million times colder than your refrigerator,

זה פי 395 מליון יותר קר מהמקרר שלכם,

100 million times colder than liquid nitrogen,

פי 100 מליון יותר קר מחנקן נוזלי,

and 4 million times colder than outer space.

ופי 4 מליון יותר קר מהחלל החיצון.

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

טמפרטורות כאלה נמוכות נותנות למדענים חלון לפעולות הפנימיות של החומר,

and allow engineers to build incredibly sensitive instruments

ומאפשרות למהנדסים לבנות מכשירים רגישים בצורה מדהימה

that tell us more about everything

שמספרים לנו יותר על הכל

from our exact position on the planet

מהמיקום המדויק שלנו על הפלנטה

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

ועד מה מתרחש באזורים הרחוקים ביותר של היקום.

How do we create such extreme temperatures?

איך אנחנו יוצרים כאלה טמפרטורות קיצוניות?

In short, by slowing down moving particles.

בקיצור, על ידי האטת חלקיקים נעים.

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

כשאתם מדברים על טמפרטורות, מה שאנחנו באמת מדברים עליו זה תנועה.

The atoms that make up solids,

האטומים שיוצרים את המוצקים,

liquids,

הנוזלים,

and gases

וגזים

are moving all the time.

נעים כל הזמן.

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

כשאטומים נעים במהירות רבה יותר, אנחנו קולטים את החומר כחם.

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

כשהם נעים יותר לאט, אנחנו קולטים אותם כקרים.

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

כדי לקרר עצמים או גז חמים בחיי היום יום,

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

אנחנו שמים אותם בסביבות קרות, כמו מקרר.

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

חלק מהתנועה האטומית בעצמים חמים מועברת לסביבה,

and it cools down.

והם מתקררים.

But there’s a limit to this:

אבל יש לזה גבול:

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

אפילו החלל החיצון חם מדי כדי ליצור טמפרטורות אולטרה נמוכות.

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

אז במקום, מדענים מצאו דרך להאט את האטומים ישירות --

with a laser beam.

עם קרן לייזר.

Under most circumstances,

תחת רוב הנסיבות,

the energy in a laser beam heats things up.

האנרגיה בקרן לייזר מחממת דברים.

But used in a very precise way,

אבל בשימוש בדרך מאוד מדוייקת,

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

המומנטום של הקרן יכול לעצור אטומים נעים, מה שמקרר אותם.

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

זה מה שמתרחש במכשיר שנקרא מלכודת מגנטו-אופטית.

Atoms are injected into a vacuum chamber,

אטומים מוזרקים לשפופרת ואקום,

and a magnetic field draws them towards the center.

ושדות מגנטיים מושכים אותם למרכז.

A laser beam aimed at the middle of the chamber

קרן לייזר מכוונת למרכז התא

is tuned to just the right frequency

מכווננת לתדירות המתאימה

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

שאטום שנע לכיוונה יספוג פוטון מקרן הלייזר ויאט.

The slow down effect comes from the transfer of momentum

אפקט ההאטה מגיע מהעברת המומנטום

between the atom and the photon.

בין האטום והפוטון.

A total of six beams, in a perpendicular arrangement,

סך של שש קרניים, בסידור אנכי,

ensure that atoms traveling in all directions will be intercepted.

מבטיח שאטומים שנעים בכל הכיוונים ילכדו.

At the center, where the beams intersect,

במרכז, שם הקרניים נפגשות,

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

האטומים נעים לאט, כאילו נלכדו בנוזל צמיגי --

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

אפקט שהחוקרים שהמציאו אותו מתארים כ"דבשה אופטית."

A magneto-optical trap like this

מלכודת מגנטו-אופטית כזו

can cool atoms down to just a few microkelvins —

יכולה לקרר אטומים לכמה מיקרו קלווינים בודדים --

about -273 degrees Celsius.

בערך -273 מעלות צלזיוס.

This technique was developed in the 1980s,

השיטה הזו פותחה בשנות ה 80,

and the scientists who'd contributed to it

והמדענים שתרמו לה

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

זכו בפרס נובל בפיזיקה ב 1997 על הגילוי.

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

מאז, קירור לייזר איפשר להגיע לטמפרטורות אפילו יותר נמוכות.

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

אבל למה שתרצו לקרר אטומים כל כך?

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

ראשית, אטומים קרים יכולים ליצור גלאים מאוד טובים.

With so little energy,

עם כל כך מעט אנרגיה,

they’re incredibly sensitive to fluctuations in the environment.

הם רגישים בצורה יוצאת דופן לתנודות בסביבה.

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

אז משתמשים בהם במכשירים שמגלים נפט תת קרקעי ומצבורי מינרלים,

and they also make highly accurate atomic clocks,

והם גם יוצרים שעונים אטומים מאוד מדוייקים,

like the ones used in global positioning satellites.

כמו אלה שבשימוש במערכות איכון לוויני.

Secondly, cold atoms hold enormous potential

שנית, אטומים קרים מחזיקים פוטנציאל אדיר

for probing the frontiers of physics.

לחקר אזורים חדשים בפיזיקה.

Their extreme sensitivity makes them candidates

הרגישות הקיצונית שלהם עושה אותם מועמדים

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

להיות בשימוש כדי לזהות גלים כבידתיים בגלאים חלליים עתידיים.

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

הם גם שימושיים לחקר תופעות אטומיות ותת אטומיות,

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

שדורשים מדידת שינויים זעירים מאוד באנרגיה של אטומים.

Those are drowned out at normal temperatures,

אלה נבלעים בטמפרטורות נורמליות,

when atoms speed around at hundreds of meters per second.

כשאטומים נעים במהירות של מאות מטרים לשניה.

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

קרור לייזר יכול להאט אטומים לרק כמה סנטימטרים לשניה --

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

מספיק שתנועה שנגרמת בגלל אפקטים קואנטיים תהפוך לברורה.

Ultracold atoms have already allowed scientists to study phenomena

אטומים אולטרה קרים כבר אפשרו למדענים לחקור תופעות

like Bose-Einstein condensation,

כמו התעבות בוז-איינשטיין,

in which atoms are cooled almost to absolute zero

בה אטומים מקוררים כמעט לאפס המוחלט

and become a rare new state of matter.

והופכים למצב חומר נדיר חדש.

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

אז כשמדענים ממשיכים במסע שלהם להבין את חוקי הפיזיקה

and unravel the mysteries of the universe,

ומגלים את המסתורין של היקום,

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

הם יעשו כך בעזרת האטומים הכי קרים שבו.