Zero assoluti

Zero assoluto in celsius

Lo zero assoluto è il limite più basso della scala della temperatura termodinamica, uno stato in cui l’entalpia e l’entropia di un gas ideale raffreddato raggiungono il loro valore minimo, preso come zero kelvin. Le particelle fondamentali della natura hanno un moto vibrazionale minimo, conservando solo il moto quantistico delle particelle indotto dall’energia del punto zero. La temperatura teorica è determinata estrapolando la legge dei gas ideali; per accordo internazionale, lo zero assoluto è preso come -273,15 gradi sulla scala Celsius (Sistema internazionale di unità di misura),[1][2] che equivale a -459,67 gradi sulla scala Fahrenheit (unità abituali degli Stati Uniti o unità imperiali).[3] Le corrispondenti scale di temperatura Kelvin e Rankine fissano i loro punti zero allo zero assoluto per definizione.

Si pensa comunemente che sia la più bassa temperatura possibile, ma non è il più basso stato entalpico possibile, perché tutte le sostanze reali cominciano a discostarsi dal gas ideale quando vengono raffreddate mentre si avvicinano al cambiamento di stato a liquido, e poi a solido; e la somma dell’entalpia di vaporizzazione (da gas a liquido) e dell’entalpia di fusione (da liquido a solido) supera il cambiamento di entalpia del gas ideale allo zero assoluto. Nella descrizione quantistico-meccanica, la materia (solida) allo zero assoluto è nel suo stato fondamentale, il punto di più bassa energia interna.

Lo spazio è lo zero assoluto

La temperatura è una misura dell’energia delle vibrazioni degli atomi o delle molecole. La temperatura più bassa teoricamente possibile è lo zero assoluto – 0 K o -273,15 ºC (-459,67 ºF) – che richiederebbe una completa cessazione del movimento. Questo è probabilmente impossibile in pratica, ma per decenni i fisici hanno dimostrato che possiamo avvicinarci molto, molto usando i laser per smorzare il movimento atomico.

L’intero processo dura solo due secondi, anche se la modellazione suggerisce che 17 secondi sono possibili, e gli autori sperano di sfruttare questa linea temporale più lunga per esplorare il comportamento BEC con le distorsioni delle vibrazioni rimosse.

In un articolo di accompagnamento il dottor Vincenzo Tamma dell’Università di Portsmouth, che non è stato coinvolto nella ricerca, ha detto che il lavoro potrebbe “testare la gravità a livello quantistico”. I modelli di interferenza nel BEC sono determinati in parte dagli effetti gravitazionali. Con le incongruenze tra la nostra comprensione della fisica quantistica e la descrizione della relatività generale della gravità che rappresenta forse il più grande puzzle irrisolto della fisica, il lavoro offre l’opportunità di esplorare la fisica al suo livello più fondamentale. Tamma vede anche un potenziale per la tecnica di ricerca di alcune forme di materia oscura.

Zero assoluti

Zero assoluto fahrenheit

Le cose curiose che accadono alle basse temperature continuano a riservare sorprese. La settimana scorsa, gli scienziati hanno riferito che le molecole di un gas ultrafreddo possono reagire chimicamente a distanze fino a 100 volte maggiori di quelle che possono avere a temperatura ambiente.

Negli esperimenti più vicini alla temperatura ambiente, le reazioni chimiche tendono a rallentare al diminuire della temperatura. Ma gli scienziati hanno scoperto che le molecole a temperature frigide appena qualche centinaio di miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto (-273,15°C o 0 kelvin) possono ancora scambiare atomi, forgiando nuovi legami chimici nel processo, grazie a strani effetti quantistici che estendono la loro portata alle basse temperature.

“È perfettamente ragionevole aspettarsi che quando si va al regime ultrafreddo non ci sia chimica di cui parlare”, dice Deborah Jin dell’Università del Colorado a Boulder, il cui team ha riportato la scoperta su Science (DOI&colon 10.1126/science.1184121). “Questo documento dice che no, c’è un sacco di chimica in corso”.

In pratica, il lavoro necessario per rimuovere il calore da un gas aumenta più si arriva al freddo, e una quantità infinita di lavoro sarebbe necessaria per raffreddare qualcosa allo zero assoluto. In termini quantistici, si può incolpare il principio di indeterminazione di Heisenberg, che dice che più precisamente conosciamo la velocità di una particella, meno sappiamo della sua posizione, e viceversa. Se sai che i tuoi atomi sono all’interno del tuo esperimento, ci deve essere qualche incertezza nella loro quantità di moto che li mantiene al di sopra dello zero assoluto – a meno che il tuo esperimento non sia grande quanto l’intero universo.

Temperatura dello zero assoluto

Lo zero assoluto è il limite più basso della scala della temperatura termodinamica, uno stato in cui l’entalpia e l’entropia di un gas ideale raffreddato raggiungono il loro valore minimo, preso come zero kelvin. Le particelle fondamentali della natura hanno un moto vibrazionale minimo, conservando solo il moto quantistico delle particelle indotto dall’energia del punto zero. La temperatura teorica è determinata estrapolando la legge dei gas ideali; per accordo internazionale, lo zero assoluto è preso come -273,15 gradi sulla scala Celsius (Sistema internazionale di unità di misura),[1][2] che equivale a -459,67 gradi sulla scala Fahrenheit (unità abituali degli Stati Uniti o unità imperiali).[3] Le corrispondenti scale di temperatura Kelvin e Rankine fissano i loro punti zero allo zero assoluto per definizione.

Si pensa comunemente che sia la più bassa temperatura possibile, ma non è il più basso stato entalpico possibile, perché tutte le sostanze reali cominciano a discostarsi dal gas ideale quando vengono raffreddate mentre si avvicinano al cambiamento di stato a liquido, e poi a solido; e la somma dell’entalpia di vaporizzazione (da gas a liquido) e dell’entalpia di fusione (da liquido a solido) supera il cambiamento di entalpia del gas ideale allo zero assoluto. Nella descrizione quantistico-meccanica, la materia (solida) allo zero assoluto è nel suo stato fondamentale, il punto di più bassa energia interna.