NRK Meny
Normal

Har lagd verdens kaldeste kubikkmeter

Forskere ved CUORE-eksperimentet i Italia har lagd den kaldeste kubikkmeteren som noensinne har eksistert. – Med mindre det er andre sivilisasjoner der ute som har gjort tilsvarende eksperimenter, så er dette første gang i universets historie, sier Bjørn Hallvard Samset.

Verdens kaldeste kubikkmeter

CUORE-eksperimentet håper å observere en sær type radioaktivitet - for å få til det går de veien om verdensrekord i kulde.

Foto: INFN

Det absolutte nullpunkt definerer den nedre grensa for temperatur, og er på -273,15 grader Celsius, eller 0 grader Kelvin.

Nå har en internasjonal forskningsgruppe lyktes med å kjøle en kubikkmeter kobber ned til -273,144 °C, bare 0,006 °C varmere enn nullpunktet.

Når molekylene står stille

Temperatur er et mål på hvor mye energi molekylene i gjennomsnitt har til å bevege seg fram og tilbake med.

– Dermed blir det naturlig at det finnes en nedre grense: Det er når molekylene står helt stille, sier fysiker Bjørn Hallvard Samset til NRK.no.

Han forklarer at denne grensa er absolutt, og at det ikke er noen naturlige prosesser i universet som fører med seg temperaturer på null grader Kelvin.

Celsius / Kelvin

Celsius til venstre, Kelvin til høyre. Mens celsiusskalaen er fastsatt etter vannets smelte- og kokepunkt, forholder kelvinskalaen seg til det absolutte nullpunkt.

Foto: CC BY-SA 3.0 Kismalac

– Noen øvre grense for temperatur får vi derimot ikke - eventuelt er den begrenset oppad av lyshastigheten. Molekyler kan bevege seg så fort som bare fy, og da har de høy temperatur. I fusjonsreaktorer skaper vi f.eks. temperaturer på flere hundre millioner grader Celsius.

Bruker kvantetriks

Nedkjøling handler om å få molekyler eller atomer til å gå sakte – altså å ta energi fra dem.

Samset forklarer at forskerne ved CUORE-eksperimentet har oppnådd den ekstreme kjølinga ved å utnytte et rart kvantetriks der de blander to typer heliumgass – He-3 og He-4.

– Når de kjøles til rundt 1°K deler gassen seg i to – en tett del og en tynn del. Denne prosessen krever imidlertid litt ekstra energi, og den henter gassen fra atomene. Ergo går de enda litt saktere.

Ved å gjenta dette i flere omganger har de altså oppnådd en gasstemperatur på bare seks millikelvin. Kobberkubikkmeteren er en avansert detektor, og blir kjølt ned av den iskalde gassen.

Studerer atomkjerner

CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events, men også italiensk for "hjerte") -eksperimentet består av 130 forskere, de fleste er fra Italia, USA, Kina, Spania og Frankrike.

I pressemeldingen fra INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) står det at den 400 kilo tunge kobberkonstruksjonen var universets kaldeste kubikkmeter i 15 dager.

– Meg bekjent har ingen klart å holde et så stort volum så kjølig før - og det skjer ikke spontant noe sted i universet. Så med mindre det er andre sivilisasjoner der ute som har gjort tilsvarende eksperimenter, så er dette første gang i universets historie, sier Samset.

Han presiserer at forskere har lagd lavere temperaturer, men at dette dreier seg om bittesmå klumper på noen få atomer.

Samset forklarer at hensikten med denne typen kuldeeksperimenter hovedsaklig er å studere atomkjerner eller det som er enda mindre.

– Når atomene står nesten helt stille så blir det lettere å oppdage ting som radioaktive henfall - eller om det kommer en bit mørk materie og dunker inn i eksperimentet.

I Gran Sasso-laboratoriet der dette eksperimentet ble gjennomført driver de med begge disse typene forskning. Samset forteller at de leter etter såkalt nøytrinoløst dobbelt beta-henfall, en sær type radioaktivitet.

– Vi har ikke sett den enda, men HVIS vi ser den så har vi lært noe om nøytrinoer - en av naturens flyktigste og vanskeligste partikler. Det kan vi igjen bruke på forståelsen vår av universet.