… na eine Kalium-Atomgaswolke nat\u00fcrlich. Klingt komisch? Ist aber so.<\/p>\n
Bereits im Dezember 2011 haben Forscher an der Harvard University es geschafft den bisherigen K\u00e4lterekord bei einigen Nanokelvin, also wenigen Milliardsteln Grad \u00fcber dem Nullpunkt, aufzustellen.
\nNun haben Physiker von der Ludwig-Maximilians-Universit\u00e4t M\u00fcnchen und des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Quantenoptik in Garching eine Atomgaswolke erzeugt, die eine absolute Temperatur unter dem Nullpunkt haben kann.<\/p>\n
Ulrich Schneider, einer der beteiligten Physiker, erkl\u00e4rt das Gas sei dabei aber genau genommen nicht k\u00e4lter als null Kelvin, sondern eigentlich hei\u00dfer: „Es ist sogar hei\u00dfer als bei jeder beliebigen positiven Temperatur – die Temperaturskala h\u00f6rt bei unendlich einfach noch nicht auf, sondern springt zu negativen Werten.“
\nWow, das war mir nicht klar…<\/p>\n
Selbst nach wiederholtem Lesen hatte ich den Artikel nicht gleich verstanden, doch mit etwas Recherche und Gripsanstrengung … hier mein Erkl\u00e4rungsversuch:<\/p>\n
Zuerst m\u00fcssen wir wissen, dass Temperatur nicht gleichbedeutend ist mit W\u00e4rme (oder K\u00e4lte). Laut Definition beschreibt die Temperatur den Zustand eines Systems und die W\u00e4rme bzw. K\u00e4lte beschreibt die Gr\u00f6\u00dfe der thermischen Energie in einem System. Also die Menge an W\u00e4rme, die in Form von bewegten Teilchen (bei K\u00e4lte eher Wellen) in einem Stoff im Moment der Messung vorhanden ist. Sie ist somit eine von mehreren Merkmalen des Systems.<\/p>\n
Wieviel thermische Energie ein System haben kann, h\u00e4ngt von dem jeweiligen Stoff ab. Klassisches Beispiel: Wasser hat eine sehr viel h\u00f6here W\u00e4rmekapazit\u00e4t als Luft.<\/p>\n
Wenn bspw. Wasser erhitzt wird, erh\u00f6ht sich die Bewegungsenergie der Wassermolek\u00fcle, wobei sich nicht alle Molek\u00fcle mit derselben Geschwindigkeit bewegen.<\/p>\n
Zu beobachten ist sogar, dass der Anteil, der sich langsam bewegenden Teilchen h\u00f6her ist und nur wenige, schnelle Teilchen mit viel Energie vorhanden sind. Diese Verteilung ist in der Physik als die Boltzmann-Verteilung<\/em> bekannt.<\/p>\n Um eine negative Temperatur unter 0 Kelvin erreichen zu k\u00f6nnen, muss man dieses Verh\u00e4ltnis umkehren. „Die umgekehrte Boltzmann-Verteilung ist genau das, was eine negative, absolute Temperatur ausmacht, und die haben wir erreicht.“ sagt Ulrich Schneider.<\/p>\n Man hat dazu ein Gas aus einzelnen Kaliumatomen in einer Vakuumkammer ganz nahe an den Nullpunkt gek\u00fchlt und die Atome dann in optischen Fallen aus Lasern festgehalten. Ja, das geht. Die Atome haben eine begrenzte Aufnahmem\u00f6glichkeit an Energie (einen solchen Stoff gibt es in der Natur so nicht) und diese Spitze der Energieaufnahme \u00fcberschritten die Forscher nun, um somit in den Bereich negativer absoluter Temperatur zu kommen. Dabei ziehen sich die Kalium-Atome in der Wolke an und sto\u00dfen sich nicht, wie \u00fcblich, ab. Die Wolke bleibt ebenso bestehen, wie unser Universum auch… Obwohl es aufgrund der Gravitation der Materie eigentlich *Flop* machen sollte. Bei der Gaswolke liegt dies an der negativen Temperatur, beim Universum vermutlich aufgrund der dunklen Energie.<\/p>\n Ich wei\u00df, das klingt echt befremdlich, bei mir sind da noch ein paar Fragen offen. Ich k\u00f6nnte ja umgekehrt mal versuchen mein Konto so stark zu \u00fcberziehen, dass es wieder in den positiven Bereich springt, aber so ist das nun mal in der Teilchenphysik.
\nIn dieser Atomgaswolke hat man dann einen hohen Anteil von schnell bewegten, energiereichen Teilchen, aber der Zustand ist, in absoluter Temperatur (Kelvin-Skala) ausgedr\u00fcckt, in den Minus-Kelvin-Bereich gewandert.<\/p>\n
\nJe kleiner die Elemente sind die man untersucht, je erstaunter ist man, da sie sich nicht so verhalten wie man es im „Gro\u00dfen“ gew\u00f6hnt ist.<\/p>\n