Vino si tu pe pagina de Facebook pentru o stire de stiinta, explicata simplu, in fiecare zi!
Pagina de Facebook!
În fiecare zi, o nouă fotografie din universul nostru fascinant împreună cu o explicaţie scrisă de către un astronom profesionist: Astronomy Picture Of the Day
   
Fizica Povestita

I
Fizica Povestita

Istoria temperaturilor joase!

Autor: Daniel Tutuc

De cele mai multe ori importanta temperaturilor joase nu e recunoscuta pe deplin, motivul probabil fiind intervalul foarte redus de temperatura la care este restrictionata viata noastra. Se poate constientiza acest lucru doar daca ne uitam la temperaturile existente in natura sau in laboratoare. Aceste pleaca de la 109 K – temperatura din centrul celor mai fierbinti stele, necesara pentru a forma si a distruge nucleele atomice – pana la 2*10-6 K, cele mai mici temperaturi accesibile astazi in experimentele de fizica starii condensate (5*10-10 K in experimentele de fizica starii gazoase*).

Aceasta limita joasa a temperaturilor inseamna ca s-a reusit racirea materiei la 2 microkelvin de zero absolut (0 K=-273,15o Celsius). Cu aceste realizari, fizica temperaturilor joase a intrecut natura cu cateva ordine de marime, pentru ca cea mai joasa temperatura din natura si univers e 2,73 K. Aceasta temperatura exista pretutindeni in univers din cauza energiei fotonilor care inca este emisa de ‘Big Bang’. Daca comparam fizica temperaturilor joase cu alte ramuri ale fizicii, realizam ca este una din putinele domenii ale stiintei unde omenirea a depasit natura, o realizare care inca nu s-a dovedit posibila in, de exemplu, fizica presiunilor mari sau fizica energiilor mari. Intervalul mare de temperaturi accesibile in experimente a facut ca temperatura sa fie cel mai important parametru ce poate fi variat in laboratoare.

Din punct de vedere istoric, dezvoltarea puterii de racire a inceput in secolul al XIX-lea. Aerul, N2 si O2 au fost lichefiate si solidificate ulterior acum mai bine de o suta de ani, in 1883. Acesta a fost momentul cand, pentru prima data in istorie, oamenii de stiinta au atins temperaturi sub 100 K. Cercetatorii si inginerii implicatii in acest domeniu aveau doua obiective. Unul foarte practic era sa dezvolte metode de racire pentru transportul continental al carnii de pe alte continente catre Europa. Obiectivul stiintific era sa se descopere daca gazele permanente exista, sau cu alte cuvinte, daca sunt substante care nu exista in stare lichida si/sau solida. Acest din urma obiectiv a condus la lichefierea si solidificarea hidrogenului de catre James Dewar in 1898; el a atins temperaturi de 20 K si, mai tarziu, 13 K.

Cam in aceeasi perioada ultimul element gazos ramas nedescoperit, heliul, era detectat intai prin investigatii spectroscopice ale protuberantelor solare, si mai apoi ca gaz eliberat de diverse minerale pe Pamant. Cercetatorul olandez Heike Kamerlingh-Onnes a castigat cursa de lichefiere a acestui din urma element; el a lichefiat heliul (4He) la 4,2 K in 1908. Realizarea lui Kamerlingh-Onnes a deschis drumul spre zona temperaturilor de ordinul Kelvinului, iar oamenii de stiinta de la laboratorul lui de la Universitatea din Leiden au dominat fizica temperaturilor joase timp de 2 decenii. Astazi, Heike Kamerlingh-Onnes este considerat ‘tatal fizicii temperaturilor joase’. In 1922, H. Kamerlingh-Onnes a atins 0,83 K pompand vaporii de deasupra unei bai ‘clocotind’ cu 4He; acest record de temperatura a fost scazut si mai mult la 0,71 K de catre succesorul sau W.H. Keesom.

Dezvoltarea unei tehnologii fundamental diferita, refrigerarea magnetica, a fost necesara pentru a atinge temperaturi considerabil sub 1 K. Prin demagnetizare adiabatica a sarurilor paramagnetice, o metoda propusa in anii 1920, se pot atinge temperaturi aproape de zero absolut. O varianta avansata a acestei metode, demagnetizare adiabatica a momentelor magnetice nucleare, este singura metoda cunoscuta astazi cu care se pot atinge temperaturi de ordinul microkelvinilor.

In timp ce aceasta metoda de racire era perfectata, o alta metoda, din nou bazata pe proprietatile heliului lichid, deschide drumul spre o solutie de racire continua capabila de temperaturi de ordinul milikelvinilor. E vorba de diluarea unui isotop rar al heliului, 3He, cu 4He. Aceasta metoda a fost propusa in ani ”60 si pusa in aplicare in anii ”70. Astazi este foarte bine dezvoltata si probabil i-au fost atinse limitele; in general a inlocuit racirea prin demagnetizare a sarurilor paramagnetice.

Ca rezultat al acestor dezvoltari, trei metode domina fizica temperaturilor joase in zilele noastre: evaporarea de 4He pentru temperaturi intre 4,2 K si 0,7 K, dilutia 3He-4He pentru temperaturi de ordinul milikelvinilor si racirea magnetica nucleara pentru temperaturi de pana la 2 microkelvin.

Referinte: Frank Pobell – ‘Matter and methods at low temperatures’

(*)Sursa originala: MIT. Stire preluata de www.stiinta.info.

Abonează-te la newletter:

Caută în site



Formular de contact

Advertisment ad adsense adlogger