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

Переводчик: Evgeniia Agadullina Редактор: Anna Kotova

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

Самые холодные вещества в мире не в Антарктиде,

They’re not at the top of Mount Everest

не на вершине Эвереста

or buried in a glacier.

и не в недрах ледника.

They’re in physics labs:

Они в лабораториях физиков,

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

это газы, имеющие температуру едва выше абсолютного ноля.

That’s 395 million times colder than your refrigerator,

Это в 395 миллионов раз холоднее, чем в холодильнике,

100 million times colder than liquid nitrogen,

в 100 миллионов раз холоднее, чем жидкий азот,

and 4 million times colder than outer space.

и в 4 миллиона раз холоднее космического пространства.

Такие низкие температуры позволяют учёным исследовать строение веществ,

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

and allow engineers to build incredibly sensitive instruments

а инженерам — создавать высокочувствительные инструменты,

that tell us more about everything

которые позволяют нам узнавать больше обо всём —

from our exact position on the planet

от нашего точного местонахождения на планете

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

до происходящего в дальних уголках вселенной.

How do we create such extreme temperatures?

Как создать такую экстремальную температуру?

In short, by slowing down moving particles.

Если коротко, то путём замедления движущихся частиц.

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

Говоря о температуре, мы на самом деле говорим о движении.

The atoms that make up solids,

Атомы, из которых состоят твёрдые вещества,

liquids,

жидкости

and gases

и газы,

are moving all the time.

находятся в постоянном движении.

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

Когда атомы движутся быстро, вещество кажется горячим,

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

когда медленно — холодным.

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

В повседневной жизни для того, чтобы охладить предмет или газ,

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

мы помещаем его в более холодную среду, например холодильник.

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

Движение атомов передаётся окружающей среде,

and it cools down.

и предмет охлаждается.

Но этому есть предел:

But there’s a limit to this:

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

даже в космосе слишком тепло для создания ультранизких температур.

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

Поэтому учёные нашли способ замедлять атомы напрямую —

with a laser beam.

лазерным лучом.

В большинстве случаев

Under most circumstances,

the energy in a laser beam heats things up.

энергия лазерного луча нагревает вещества,

But used in a very precise way,

но есть способ, при котором

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

эта энергия может замедлять атомы, охлаждая их.

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

Это происходит в магнито-оптической ловушке.

Atoms are injected into a vacuum chamber,

Атомы помещаются в вакуумную камеру,

and a magnetic field draws them towards the center.

и магнитное поле притягивает их к центру.

A laser beam aimed at the middle of the chamber

Луч лазера, направленный в центр камеры,

is tuned to just the right frequency

имеет частоту, при которой

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

атом поглощает фотон луча и замедляется.

Эффект замедления происходит из-за переноса энергии

The slow down effect comes from the transfer of momentum

между атомом и фотоном.

between the atom and the photon.

A total of six beams, in a perpendicular arrangement,

Шесть лучей, пересекающихся перпендикулярно,

ensure that atoms traveling in all directions will be intercepted.

захватывают атомы независимо от направления движения.

At the center, where the beams intersect,

В центре, месте пересечения лучей,

атомы двигаются медленно, как будто увязли в жидкости.

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

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

Этот эффект учёные назвали «оптическая патока».

A magneto-optical trap like this

Такая магнито-оптическая ловушка

can cool atoms down to just a few microkelvins —

может остужать атомы до нескольких микрокельвинов —

about -273 degrees Celsius.

около –273 градусов Цельсия.

This technique was developed in the 1980s,

Этот метод был разработан в 1980-х годах,

and the scientists who'd contributed to it

а учёные, работавшие над ним,

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

получили в 1997 году Нобелевскую премию по физике.

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

Метод был усовершенствован и сейчас позволяет опускать температуру ещё ниже.

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

Почему важно охлаждать атомы так сильно?

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

Во-первых, холодные атомы — хорошие детекторы.

With so little energy,

Имея очень мало энергии,

they’re incredibly sensitive to fluctuations in the environment.

они чувствительны к колебаниям в среде,

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

что позволяет использовать их при поиске нефти и полезных ископаемых.

and they also make highly accurate atomic clocks,

Также они используются в высокоточных атомных часах,

like the ones used in global positioning satellites.

таких, как в спутниках GPS.

Secondly, cold atoms hold enormous potential

Во-вторых, холодные атомы обладают мощным потенциалом

for probing the frontiers of physics.

расширить возможности физики.

Their extreme sensitivity makes them candidates

Сверхчувствительность может позволить применять их

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

для регистрации гравитационных волн в детекторах в космосе.

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

Также они помогают изучать атомные и субатомные явления,

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

что требует измерения очень слабых колебаний энергии атомов.

Those are drowned out at normal temperatures,

Эти колебания невозможно замерить при обычной температуре,

when atoms speed around at hundreds of meters per second.

когда атомы движутся со скоростью сотен метров в секунду.

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

Лазер замедляет их скорость до нескольких сантиметров в секунду,

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

чего достаточно для того, чтобы атомные квантовые эффекты стали видимыми.

Ultracold atoms have already allowed scientists to study phenomena

Ультрахолодные атомы уже позволили учёным изучать явления

like Bose-Einstein condensation,

вроде конденсации Бозе-Эйнштейна,

in which atoms are cooled almost to absolute zero

когда атомы охлаждаются почти до абсолютного ноля

and become a rare new state of matter.

и переходят в новое редкое состояние вещества.

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

Таким образом, для того, чтобы понять законы физики

and unravel the mysteries of the universe,

и разгадать тайны вселенной,

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

учёным понадобятся её самые холодные атомы.