Der Grund für die Abkühlung der Moleküle auf solch verblüffende Temperaturen hilft den Wissenschaftlern, die Physik zu verstehen, die bei solch extremen Temperaturen auftritt, und was Atome tun, wenn sie sehr, sehr kalt werden. Die Wissenschaftler haben es geschafft, indem sie den einzelnen Gasmolekülen des Natrium-Kalium-Gases mit Hilfe von Lasern die Wärme entzogen haben. Es war das erste Mal, dass etwas chemisch Gebundenes so kalt gemacht wurde. Die Temperatur sank auf bis zu 500 Nanokelvin. Das sind nur 500 Milliardstel eines Grades über dem absoluten Nullpunkt. Der absolute Nullpunkt ist der Punkt, an dem nichts mehr kälter sein kann und keine Wärme mehr in einer Substanz vorhanden ist (das sind -459,67 Grad Fahrenheit bzw. -273,15 Grad Celsius). Es ist nicht möglich, kälter als der absolute Nullpunkt zu werden.
Während das Team am MIT Laser verwendete, um die Moleküle zu kühlen, mussten sie ein Magnetfeld nutzen, um sie zusammenzubringen. Natrium und Kalium gehen bei normalen Temperaturen keine molekulare Bindung ein, da sie beide positiv geladen sind. Die Zusammenführung mit Hilfe des Magnetfelds unter den kalten Bedingungen ermöglichte es ihnen, ein neues, komplexes Molekül zu sehen, das sich von alleine nie bilden würde. Das Ergebnis war ein Molekül, das nur 2,5 Sekunden dauerte, aber in der Welt der Physik ist das eine enorme Zeitspanne.
Der Grund für die Abkühlung der Moleküle ermöglicht es den Wissenschaftlern, die Quantenmechanik zu beobachten, die unter normalen Temperaturen und Bedingungen nie zu sehen wäre. Stellen Sie sich das so vor, als würden Sie bei einem Film auf Pause drücken, um die Szene zu untersuchen. Man kann alle möglichen Dinge erkennen und entdecken, die bei normaler Geschwindigkeit einfach übersehen worden wären. Die Wissenschaftler hier tun im Wesentlichen dasselbe. Sie machen sich ein pausiertes Bild von der Mechanik eines Moleküls mit der Möglichkeit, eine neue, exotische Form von Materie zu entdecken.
Flüssiger Stickstoff
Weitere Fakten über wirklich kalte Dinge
Wenn Helium auf 4 Kelvin (-452,2 Grad Fahrenheit) abgekühlt wird, nimmt es eine flüssige Form an, und wenn es weiter auf 2,17 Kelvin (wirklich kalt) abgekühlt wird, verhält es sich wie ein Superfluid. Ein Suprafluid ist eine Materie, die sich wie eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von Null verhält. In dieser seltsamen Form kann sich flüssiges Helium scheinbar selbst antreiben und den Kräften der Schwerkraft und Oberflächenspannung trotzen. Flüssiges Helium wird in supraleitenden Magneten wie MRT-Geräten, bei der Herstellung von Siliziumwafern, beim Lichtbogenschweißen und in der Kryotechnik verwendet. Die USA produzieren 75 % des weltweiten Heliums, und 30 % davon werden in der U.S. Federal Helium Reserve in der Nähe von Amarillo, Texas, gelagert. Der texanische Pfannenstiel ist der wichtigste Heliumproduktionsort in den USA und der Welt und entsteht als Nebenprodukt der Erdgasförderung.
Flüssiger Sauerstoff ist ebenfalls extrem kalt, wenn auch nicht so kalt wie flüssiges Helium. Sein Gefrierpunkt liegt bei 54,36 Kelvin (-361,82 Grad Fahrenheit) und lässt alles, was mit ihm in Berührung kommt, sehr spröde werden. Außerdem ist er ein starkes Oxidationsmittel, was bedeutet, dass organisches Material in flüssigem Sauerstoff schnell verbrennt. Flüssiger Sauerstoff wird in großem Umfang im Raumfahrtprogramm als Treibstoff und auch in der Medizin verwendet.
An dritter Stelle steht flüssiger Stickstoff, der bei einer Temperatur von 77 Kelvin (-195,79 Grad Fahrenheit) siedet. Wahrscheinlich haben wir alle schon einmal flüssigen Stickstoff in Aktion gesehen (man denke an die Banane in flüssigem Stickstoff und wie sie herausgenommen wird, um sie zu zertrümmern). Durch das langsame Sieden von Flüssigstickstoff kann er seine sehr niedrige Temperatur beibehalten. Flüssiger Stickstoff wird in vielen Bereichen eingesetzt, z. B. als Kältemittel, in der Kryotherapie für medizinische Anwendungen, in Brandschutzsystemen und natürlich in der Kryotechnik.
Zum Vergleich: Der kälteste Punkt, der jemals auf der Erde angetroffen wurde, war die Wostok-Station in der Antarktis am 21. Juli 1983. Die Temperatur betrug -128,6 Grad Fahrenheit (184 Kelvin). Andere, etwas kältere Temperaturen wurden von Satelliten über der Antarktis gemessen, aber man geht davon aus, dass sie unter dem Eis liegen. Wie Sie sehen, ist es verdammt kalt, aber Gott sei Dank nicht annähernd die kälteste Substanz, die je geschaffen wurde.
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