Scienza

Raggiunte in laboratorio temperature sotto lo Zero Assoluto

Un team di scienziati tedeschi è riuscito a scendere oltre 0° Kelvin (-273,15° Celsius), il limite assoluto del “freddo”

Nelle leggi della fisica che regolano il nostro Universo ci sono alcuni limiti che non possono mai essere oltrepassati. Il più famoso è quello della velocità della luce, descritto da Einstein, pari a 299.792.458 metri al secondo. Un altro è la costante di Plank, pari a 1.616.199 x 10-35, che è la lunghezza più piccola possibile. Un altro limite che si pensava invalicabile (e irraggiungibile) era quello della temperatura più bassa, 0° Kelvin o Zero Assoluto, ma gli scienziati della University of Munich ci sono riusciti.

La temperatura è legata alla velocità del movimento delle molecole che compongono un corpo. Più vanno veloci più aumenta l’“entropia” (cioè il disordine del sistema) e l’oggetto è considerato caldo. A 273,15 gradi sotto lo 0° Celsius (la temperatura a cui l’acqua congela), le molecole sono completamente ferme e la temperatura raggiunge lo Zero Assoluto. Forse però sarebbe più opportuno dire “raggiungerebbe”, visto che le leggi delle termodinamica dicono che è impossibile rimuovere tutta l’energia da un sistema.

Ulrich Schneider e il suo team sono invece riusciti a creare quelle che possono essere definite “temperature negative” nel senso che possono essere considerate al di sotto dello Zero Assoluto. Si tratta di un processo estremamente complesso da descrivere e illustrare (se siete davvero interessati ad approfondirlo potete leggervi lo studio originale, pubblicato su Science). Sembrerebbe paradossale ma le temperature negative si comportano come se fossero più calde delle temperature più elevate possibili e, visto che il limite massimo della temperatura è l’infinito, sono di fatto più calde dell’infinità.

Gli scienziati tedeschi sono effettivamente riusciti a produrre le temperature negative in laboratorio, raffreddando alcuni bosoni di qualche nanoKelvin (miliardesimo di Kelvin) in negativo. Per farlo hanno prima creato un sistema in cui i bosoni dovessero avere un limite a quanta energia potessero avere. Prima li hanno raffreddati a pochi nanoKelvin sopra lo Zero Assoluto e isolati da qualsiasi influenza energetica esterna. Poi, attraverso dei laser e campi magnetici, hanno esercitato delle pressioni che li hanno “spinti” oltre la soglia dello 0° K, nel “regno” delle temperature negative.

"Per comprendere questo concetto dobbiamo immaginare la temperatura non come una linea che va da zero all’infinito, ma come un cerchio che, dopo i limiti massimi e minimi salta alle temperature negative", ha spiegato Schneider.

I gas a temperature negative si comportano in maniera molto bizzarra. Per esempio, l’energia tipicamente scorre dagli oggetti più caldi a quelli più freddi: nel caso di elementi a temperatura negativa, l’energia scorre sempre verso elementi con temperature positive. Un altro aspetto riguarda l’entropia, cioè la misura di quanto caotico sia un sistema. I corpi caldi (con molecole che si muovono rapidamente), rilasciando energia, aumentano l’entropia di tutto ciò che hanno intorno. I corpi a temperatura negativa, invece, rilasciando energia assorbono e riducono l’entropia circostante.

L’esperimento dell’’Università di Monaco potrebbe avere implicazioni epocali per molti segmenti della fisica, dallo studio dell’energia oscura a quello dei superconduttori e alla possibilità di operare motori oltre il 100% del loro potenziale. Infatti i motori a combustione trasformano il calore in energia meccanica: trasformando in energia anche i materiali freddi sarebbe possibile creare motori che, in un certo senso, creino più energia del loro limite massimo.

Per quanto riguarda lo studio dell’energia oscura, cioè la ragione per cui l’Universo, nonostante l’attrazione gravitazionale tra le galassie, stia accelerando la sua espansione, anche in questo caso il concetto di temperature negative potrebbe risultare determinante, in quanto fornirebbe una spiegazione plausibile: così come le temperature negative impediscono al gas raffreddato in laboratorio di collassare su sé stesso, potrebbero fare lo stesso per l’intero Universo.

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