Student World

Na výzkumu se podíleli také vědci z Ústavu Maxe Plancka v Garchingu. Ulrich Schneider a jeho kolegové uspořádali atomy draslíku do mřížky pomocí laserů a magnetických polí. Řádově sto tisíc atomů ochlazených na asi miliardtinu Kelvina bylo uvězněno v optických pastech do „optické mřížky“ a od okolí izolováno vakuem.

Za těchto podmínek se pak atomy z „potenciálové jámy“ (Boltzmannova distribuce – většina částic ve stavu s nejnižší potenciální energií) posunou naopak na vyšší energetické hladiny, kde kupodivu i stabilně zůstanou. Přidání energie do systému se projeví snížením entropie (více atomů vyskočí do definovaných vyšších stavů, systém tedy budeme moci popsat méně parametry, bude „uspořádanější“). Ze vztahu mezi teplotou, energií a entropií pak vyplývá, že systému přiřazujeme zápornou teplotu.

Záporná teplota neznamená, že by systém byl „studený“, spíše je teplejší než jakýkoliv systém o konečné kladné teplotě. Při nekonečné teplotě jsou totiž částice rovnoměrně rozházeny ve všech energetických stavech. Jejich soustředění do stavů s vyšší energií odpovídá „vyšší než nekonečné“ teplotě. Technicky – záporné teploty lze dosáhnout pouze u systémů, jejichž jednotlivé částice mají nějak definované horní (maximální) množství energie. To zajišťuje právě použitá technika optické mřížky. Kinetická energie je zde tak velká, že se nemůže dále zvyšovat (jak by to fungovalo, kdybychom přidávali energii do normálního systému), projeví se tedy zvyšování potenciální energie.

Kdybychom do systému cpali více a více energie, dosáhli bychom opět úplné uspořádanosti (na maximálních hodnotách), tedy opět nulové absolutní teploty (i když absolutní nula je nedosažitelná z obou stran). Teplotu si lze tedy představit „cyklicky“, roste do nekonečna, pak následuje minus nekonečno a dále roste zase k nule. V tomto případě se dosáhlo záporné teploty několika miliardtin K. Novinkou však bylo, že systém byl stabilní.

Podle vědců se prý hmota v tomto stavu vůbec chová divně, a to i z hlediska gravitace (snad jakási analogie temné energie, která „rozfoukává“ náš prostor). Za záporných teplot by mohly také pracovat tepelné stroje s účinností vyšší než 100 % (neporušoval by se zákon zachování energie, ale teplo by mohlo proudit z chladnější látky do teplejší). Možná na základě podobných experimentů bude možné laboratorně připravit i zcela nové formy hmoty.

Oznámení se objevilo v časopisu Science

Zdroj: The Register, Phys.org

O záporné teplotě viz např. článek Jak fungují systémy se zápornou teplotou

autor Pavel Houser