Wissenschaftler haben den Rekord für die kälteste Temperatur gebrochen

Wissenschaftler haben den Rekord für die kälteste Temperatur, die jemals im Labor gemessen wurde, übertroffen: Sie ließen magnetisiertes Gas 120 Meter aus dem Turm fallen und erreichten eine Temperatur von 38 Billionen Grad Celsius über -273,15 Grad Celsius.

Ein deutsches Forscherteam hat die sogenannten Eigenschaften einer Quantenebene der fünften Ebene untersucht: ein Bose-Einstein-Kondensat (BEC), ein gasförmiges Derivat, das nur in einem ultraschnellen Zustand existiert. In der BEC-Phase beginnt sich Materie wie ein großes Atom zu verhalten, was sie zu einem attraktiven Thema für Quantenphysiker macht, die sich besonders für die Teilchendynamik interessieren. Die Temperatur ist ein Maß für die molekulare Schwingung: Je größer die Gruppe der sich bewegenden Moleküle, desto höher die Gesamttemperatur. Somit ist Null der Punkt, an dem alle molekularen Bewegungen aufhören – minus 273,15 Grad Celsius. Wissenschaftler haben eine spezielle Skala für sehr tiefe Temperaturen entwickelt, die sogenannte Kelvin-Skala, bei der Null dem absoluten Kelvin entspricht.

Wenn wir uns der Null nähern, passieren seltsame Dinge. Laut einer Studie aus dem Jahr 2017, die in Nature Physics veröffentlicht wurde, wird Licht beispielsweise tatsächlich zu einer Flüssigkeit, die in eine Schüssel gegossen werden kann. Laut einer in Nature Communications veröffentlichten Studie aus dem Jahr 2017 stoppt unterkühltes Helium die Reibung bei extrem niedrigen Temperaturen. Im Cold Atom Laboratory der NASA fanden Forscher gleichzeitig Atome an zwei Orten.

In diesem rekordverdächtigen Experiment haben Wissenschaftler eine Wolke mit fast 100.000 Atomen in einem Magnetfeld in einer Vakuumkammer eingefangen. Dann kühlten sie den Raum um zwei Grad Celsius auf 2 Milliarden Grad über dem absoluten Nullpunkt ab, ein Weltrekord.

Aber es ist nicht faszinierend genug für Forscher, die die Grenzen der Physik verschieben wollen. Um noch kühler zu sein, muss es Weltraumbedingungen simulieren. So platzierte das Team seine Einrichtung im Bremer Turm der Europäischen Weltraumorganisation ESA und im Zentrum für Mikrogravitationsforschung der Universität Bremen in Deutschland. Indem die Vakuumkammer auf den freien Fall reduziert wird, indem das Magnetfeld schnell ein- und ausgeschaltet wird, lässt das BEC sie schweben, ohne durch die Schwerkraft zurückgedrückt zu werden, wodurch die molekulare Bewegung der Rubidiumatome auf nahezu Null reduziert wird. Als Ergebnis stellte das BEC in etwa zwei Sekunden einen Allzeitrekord von 38 Picochilinen – 38 Billionen K – auf. Wissenschaftler des National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder, Colorado, erreichten mit speziellen Strahlen den bisherigen Rekord von 36 Teilen pro Million Kelvin. Der kälteste bekannte natürliche Ort im Universum ist der Boomerangnebel, der sich im Sternbild Centaurus befindet, etwa 5.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation beträgt die Durchschnittstemperatur -272 °C (ca. 1 K).