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

Translator: Nichakorn Pansansailom Reviewer: Kelwalin Dhanasarnsombut

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

วัสดุที่เย็นที่สุดในโลก ไม่ได้อยู่ในทวีปแอนตาร์กติกา

They’re not at the top of Mount Everest

พวกมันไม่ได้อยู่บนยอดเขาเอเวอเรสต์

or buried in a glacier.

หรือถูกฝังอยู่ในก้อนธารน้ำแข็ง

They’re in physics labs:

พวกมันอยู่ในห้องทดลองทางฟิสิกส์

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

กลุ่มก้อนแก๊สที่มีอุณหภูมิสูงกว่า อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์เพียงเล็กน้อย

That’s 395 million times colder than your refrigerator,

ซึ่งเย็นกว่าตู้เย็นของคุณถึง 395 ล้านเท่า

100 million times colder than liquid nitrogen,

เย็นกว่าไนโตรเจนเหลวถึง 100 ล้านเท่า

and 4 million times colder than outer space.

และเย็นกว่าอวกาศส่วนนอก 4 ล้านเท่า

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

อุณหภูมิที่ต่ำขนาดนั้นทำให้นักวิทยาศาสตร์ เห็นกิจกรรมที่เกิดขึ้นภายในสสาร

and allow engineers to build incredibly sensitive instruments

และทำให้วิศวกร สามารถสร้างเครื่องมือมีความไวสัมผัสสูง

that tell us more about everything

ที่จะบอกเราเกี่ยวกับทุก ๆ สิ่ง

from our exact position on the planet

ตั้งแต่การบอกตำแแหน่ง ของเราบนโลกใบนี้อย่างแม่นยำ

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

ไปจนถึงสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นในเอกภพที่ห่างไกล

How do we create such extreme temperatures?

เราสร้างอุณหภูมิเย็นจัดเช่นนั้นได้อย่างไร

In short, by slowing down moving particles.

โดยสรุปคือ โดยการชะลออนุภาคที่กำลังเคลื่อนที่

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

เมื่อเราพูดถึงอุณหภูมิ สิ่งที่เราหมายถึงจริง ๆ ก็คือ การเคลื่อนที่

The atoms that make up solids,

อะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นของแข็ง

liquids,

ของเหลว

and gases

และแก๊สนั้น

are moving all the time.

เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา

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

เมื่ออะตอมเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว เรารับรู้ได้ว่าสสารนั้นร้อน

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

เมื่อพวกมันเคลื่อนที่ช้าลง เรารับรู้ได้ว่ามันเย็น

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

ในชีวิตประจำวัน เพื่อที่จะทำให้วัตถุร้อน หรือทำให้แก๊สเย็น

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

เราจะนำมันไปไว้ในสภาพแวดล้อมที่เย็นกว่า อย่างเช่นในตู้เย็น

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

บางการเคลื่อนที่ของอะตอมในวัตถุที่ร้อน ถูกถ่ายโอนออกไปยังสภาพแวดล้อม

and it cools down.

และทำให้มันเย็นลง

But there’s a limit to this:

แต่มันมีข้อจำกัดอยู่

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

แม้แต่อวกาศก็ยังอุ่นเกินไป ต่อการสร้างอุณหภูมิที่เย็นจัด

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

ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงได้หาทาง ในการชะลออะตอมโดยตรงแทน

with a laser beam.

ด้วยลำแสงเลเซอร์

Under most circumstances,

ภายใต้สภาวะส่วนใหญ่

the energy in a laser beam heats things up.

พลังงานในลำแสงเลเซอร์ทำให้วัตถุร้อนขึ้น

But used in a very precise way,

แต่ถ้าถูกใช้ในวิธีการที่เฉพาะเจาะจง

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

โมเมนตัมของลำแสงสามารถหยุดการเคลื่อนที่ ของอะตอม และทำให้มันเย็นลงได้

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

นั่นคือสิ่งที่เกิดในอุปกรณ์ที่เรียกว่า กับดักทางทัศนศาสตร์แม่เหล็ก

Atoms are injected into a vacuum chamber,

อะตอมถูกฉีดเข้าสู่ช่องห้องสุญญากาศ

and a magnetic field draws them towards the center.

และสนามแม่จะดึงพวกมันเข้าสู่ศูนย์กลาง

A laser beam aimed at the middle of the chamber

ลำแสงเลเซอร์ที่เล็งไปที่ใจกลางห้อง

is tuned to just the right frequency

ถูกปรับให้มีความถี่ที่เหมาะสม

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

ทำให้อะตอมที่เคลื่อนเข้าหามันดูดกลืนโฟตอน ของลำแสงเลเซอร์และเคลื่อนที่ช้าลง

The slow down effect comes from the transfer of momentum

ปรากฏการณ์เคลื่อนที่ช้าลงนี้ เกิดจากการถ่ายโอนโมเมนตัม

between the atom and the photon.

ระหว่างอะตอมกับโฟตอน

A total of six beams, in a perpendicular arrangement,

ลำแสงทั้งหมดหกทิศ ที่ถูกจัดเรียงแบบตั้งฉากกัน

ensure that atoms traveling in all directions will be intercepted.

เพื่อให้อะตอมที่ไม่ว่าจะเคลื่อนที่ในทิศทางใด เคลื่อนที่ตัดผ่านมัน

At the center, where the beams intersect,

ที่ศูนย์กลาง บริเวณที่ลำแสงตัดกันนั้น

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

อะตอมเคลื่อนที่อย่างช้า ๆ ราวกับว่ามันติดอยู่ในของเหลวข้นเหนียว

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

เป็นปรากฏการณ์ที่นักวิทยาศาสตร์ผู้คิดค้น อธิบายว่าเป็น "น้ำเชื่อมข้นเชิงแสง"

A magneto-optical trap like this

กับดักทางทัศนศาสตร์แม่เหล็กเช่นนี้

can cool atoms down to just a few microkelvins —

สามารถทำให้อะตอมเย็นลงได้ จนถึงระดับไม่กี่ไมโครเคลวิน

about -273 degrees Celsius.

ประมาณ -273 องศาเซลเซียส

This technique was developed in the 1980s,

เทคนิคนี้ถูกพัฒนาขึ้นในราว ๆ ปี ค.ศ. 1980

and the scientists who'd contributed to it

และนักวิทยาศาสตร์ที่พัฒนามันขึ้นมา

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

ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1997 สำหรับการค้นพบนี้

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

ตั้งแต่นั้น เลเซอร์ที่ทำให้เย็นนี้ ได้รับการพัฒนาเพื่อทำให้เย็นได้มากขึ้นอีก

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

แต่ทำไมเราถึงอยากทำให้ อะตอมมันเย็นมากขนาดนั้น

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

ประการแรก อะตอมที่เย็น สามารถทำเป็นตัวตรวจจับได้ดี

With so little energy,

ด้วยพลังงานที่น้อย

they’re incredibly sensitive to fluctuations in the environment.

พวกมันไวต่อความผันผวน ในสภาพแวดล้อมได้อย่างน่าเหลือเชื่อ

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

ดังนั้น มันจึงถูกใช้ในอุปกรณ์สำหรับสำรวจ แหล่งน้ำมันหรือแหล่งสะสมแร่ธาตุใต้ดิน

and they also make highly accurate atomic clocks,

พวกมันยังสามารถถูกใช้ เป็นนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำสูงได้ด้วย

like the ones used in global positioning satellites.

เช่น นาฬิกาอะตอมของ ดาวเทียมการหาตำแหน่งต่าง ๆ บนโลก

Secondly, cold atoms hold enormous potential

ประการที่สอง อะตอมที่เย็นมีศักยภาพสูงมาก

for probing the frontiers of physics.

ในการบุกเบิกความรู้ใหม่ทางฟิสิกส์

Their extreme sensitivity makes them candidates

ความไวสัมผัสของมันทำให้มันเป็นตัวเลือก

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

ที่จะถูกใช้ในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ในเครื่องตรวจจับบนอวกาศในอนาคต

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

พวกมันมียังประโยชน์ต่อการศึกษา ปรากฏการณ์ระดับอะตอมและที่เล็กกว่านั้น

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

ซึ่งต้องการการวัดความผันผวน ของพลังงานของอะตอมที่มีค่าน้อยมาก

Those are drowned out at normal temperatures,

ทั้งหมดนี้ไม่สามารถกระทำได้ที่อุณหภูมิปกติ

when atoms speed around at hundreds of meters per second.

เมื่อความเร็วของอะตอมมีค่าประมาณ หลายร้อยเมตรต่อวินาที

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

การทำให้เย็นด้วยเลเซอร์สามารถทำให้อะตอมช้าลง เหลือเพียงไม่กี่เซนติเมตรต่อวินาที

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

ซึ่งเพียงพอต่อการสังเกตการเคลื่อนที่ ที่เกิดจากปรากฏการณ์ทางควอนตัมระดับอะตอม

Ultracold atoms have already allowed scientists to study phenomena

อะตอมที่เย็นจัดทำให้นักวิทยาศาสตร์ ได้ศึกษาปรากฏการณ์ต่าง ๆ

like Bose-Einstein condensation,

เช่น การควบแน่นแบบโบส-ไอสไตน์

in which atoms are cooled almost to absolute zero

ซึ่งอะตอมถูกทำให้เย็นเกือบถึงศูนย์สัมบูรณ์

and become a rare new state of matter.

และกลายมาเป็นสสารในสถานะใหม่ที่พบได้ยาก

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

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงทำการค้นหา เพื่อเข้าใจกฏของฟิสิกส์

and unravel the mysteries of the universe,

และเปิดเผยความลึกลับของเอกภพ

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

พวกเขาก็จะได้รับความข่วยเหลือ จากอะตอมที่เย็นที่สุดในนั้นด้วย