Forskare har utvecklat en ny teori för att registrera de lägsta temperaturer som någonsin uppmätts, med den största noggrannheten som naturlagarna tillåter. Denna forskningsrörelse lovar att revolutionera lågtemperaturfysik och kan hitta en uppsjö av tillämpningar inom framväxande kvantteknik.

Ett nyligen samarbete med ett team från University of Nottingham och The Institute of Photonic Sciences (Barcelona, Spanien), visar att det är möjligt, i princip, för att mäta temperaturer under en miljarddel av en Kelvin (!) i en kall atomgas utan att störa den nämnvärt, slår nuvarande precisionsstandarder. Verket har publicerats i den senaste upplagan av tidskriften Fysiska granskningsbrev .

I deras studie, forskarna modellerade ett Bose -Einstein -kondensat - ett unikt tillstånd av materia som uppnås genom att kyla en atomgas till extremt låga temperaturer - med hjälp av realistiska experimentella parametrar. Den termometriska tekniken skulle fungera genom att bädda in en föroreningsatom i atomkondensatet, så att den får information om provets temperatur genom interaktion. Särskilt, dess position och hastighet bli temperaturberoende så att, genom att övervaka dem, temperaturen kan härledas med hög noggrannhet utan att störa kondensatet.

Kylning av atomgaser

Ultrakalla atomgaser är en mycket mångsidig experimentell plattform för ett antal applikationer såsom simulering av starkt korrelerade system, behandling av kvantinformation, eller produktion av högkvalitativa (kalla) elektronstrålar för elektronmikroskopi eller elektrondiffraktion. För de flesta av dessa tillämpningar är det viktigt att kyla ned atomgasen till de lägsta möjliga temperaturerna. Att bestämma temperaturen på dessa system exakt är också avgörande för applikationer.

Mohammad Mehboudi, huvudförfattaren till tidningen sa:"De vanligaste termometriska teknikerna som för närvarande finns tillgängliga för kalla atomer är destruktiva; det vill säga provet förstörs till följd av mätningen. Å andra sidan, icke-destruktiva tekniker saknar vanligtvis nödvändig noggrannhet vid mycket låg temperatur. Vår forskning ger en lösning som övervinner båda dessa problem ".

Enastående experimentella prestationer tillåter numera hög precisionstermometri vid mycket låga temperaturer. Dock, beroende på den specifika experimentella plattformen, den bakomliggande fysiska mekanismen, noggrannhet, och effektivt temperaturintervall för olika termometriska scheman varierar avsevärt. Dr Luis Correa arbetade också i studien och påpekar:"Den nyutvecklade teoretiska ramen för kvanttermometri försöker fastställa de grundläggande gränserna för precisionen hos temperaturmätningar nära absolut noll; och det gäller universellt för alla system. Viktigt är att Detta kan ge ledtrådar om hur man kan förbättra nuvarande termometriska standarder för låg temperatur. "