分子を気の遠くなるような温度まで冷却する理由は、科学者がそのような極端な温度で起こる物理、および、非常に非常に冷たくなったときに原子がどうなるかを理解するのに役立ちます。 科学者たちは、レーザーを使ってナトリウム カリウム ガスの個々のガス分子の熱を奪うことで、それを成し遂げました。 化学的に結合しているものをここまで低温にしたのは初めてのことです。 温度は500ナノケルビンまで下がりました。 これは、絶対零度より500億分の1度高いだけです。 絶対零度とは、これ以上冷たいものはなく、物質中に熱がまったく残っていない状態(華氏-459.67度、摂氏-273.15度)である。 絶対零度より冷たくすることは不可能なのです。
MITのチームは、レーザーを使って分子を冷却する一方で、分子をまとめるために磁場を使わなければなりませんでした。
研究チームはレーザーを使って分子を冷却する一方で、磁場を用いて分子を結合させる必要がありました。ナトリウムとカリウムはともに正電荷を帯びているため、通常の温度では分子結合を形成しません。
分子を冷却することで、通常の温度や条件では決して見ることができない量子力学的な現象を見ることができるのです。 映画の一時停止を押して、その場面を検証するようなものだと考えてください。 通常のスピードでは通り過ぎてしまうような、さまざまなものが見えてくるはずです。 それと同じことを、今回の科学者たちは行っているのです。 彼らは、新しいエキゾチックな物質の形を発見する可能性を秘めた分子のメカニズムを、一時停止した状態で把握しているのです。
液体窒素
本当に冷たいものに関するその他の事実
ヘリウムが4ケルビン(華氏マイナス452.2度)レベルまで冷えると、液体の形になり、さらに2.17ケルビン(本当に冷たい)に冷えると超流体のようにふるまいます。 超流動体とは、粘性がゼロで流体のように振る舞う物質のこと。 液体ヘリウムは、重力や表面張力をものともせず、自走しているように見える不思議な物質です。 液体ヘリウムは、MRIなどの超電導磁石、シリコンウエハー製造、アーク溶接、極低温技術などに使われている。 米国は世界のヘリウムの75%を生産しており、その30%はテキサス州アマリロ近郊の米国連邦ヘリウム備蓄に保有されている。
液体酸素も、液体ヘリウムのレベルには及びませんが、非常に冷たいものです。
液体ヘリウムほどではありませんが、液体酸素も非常に冷たく、凝固点は54.36ケルビン(摂氏-361.82度)で、触れたものを非常にもろくしてしまうのです。 また、強力な酸化剤でもあり、液体酸素の中では有機物が急速に燃焼する。
3位の液体窒素は、77ケルビン(-195.79華氏)の温度で沸騰します。 液体窒素を実際に使っているところを見たことがあるでしょう(液体窒素の中にバナナを入れて、それを取り出して粉々にできるところを想像してみてください)。 液体窒素はゆっくりと沸騰するため、非常に低い温度を保つことができるのです。 液体窒素は、冷媒、医療用低温療法、防火システム、そしてもちろん低温工学など、多くの用途で使用されています。
これらを踏まえて、地球上でこれまでに遭遇した最も寒い場所は、1983 年 7 月 21 日に南極のボストーク基地で起こりました。 その温度は華氏-128.6度(184ケルビン)でした。 このほかにも、南極大陸上空で人工衛星によるリモートセンシングが行われ、もう少し低い気温が観測されているが、これらは氷の下にあると考えられている。
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