„Schockgefrieren“ von Atomkernen - scinexx | Das Wissensmagazin
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Wie geht es weiter?

„Schockgefrieren“ von Atomkernen

Noch näher an den absoluten Nullpunkt kommt man heran, wenn man die magnetischen Kernmomente eines Metalls so schnell abkühlt, dass kein Wärmeaustausch zwischen den Atomkernen und der Elektronenwolke stattfinden kann. Das Teilsystem der Atomkerne kann durch dieses „Schockgefrieren“ durchaus unter ein milliardstel Grad an den absoluten Nullpunkt heran abkühlen, während die Elektronenwolke wärmer bleibt. Der Rekord, aufgestellt bei der Suche nach der kernmagnetischen Ordnung im Element Rhodium, liegt hier derzeit bei 250 Pikokelvin beziehungsweise einem Viertel Nanokelvin.

Die gängigste Kühlungsmethode in den Labors der Festkörperphysik ist noch immer die 3He-4He-Mischungskühlung. Dieser gängige Cryostat kühlt durch Mischung zweier Heliumisotope - kommt aber nicht so weit hiunter wie die magnetischen Kernstufenkühler. © Mark Somoza/ CC-by-sa 2.5 US

Da die Zeit, in der sich das thermische Gleichgewicht zwischen Atomkernen und Elektronen einstellt, mehrere Stunden betragen kann, lässt sich dem System der Atomkerne näherungsweise eine Temperatur zuordnen. Aber das ist schon fast wieder eine philosophische Frage, denn eigentlich ist die Temperatur nur für einen Gleichgewichtszustand definiert.

Die Suche nach dem immer Kälteren geht weiter

Strehlow ist überzeugt, dass die Erforschung tiefster Temperaturen längst nicht abgeschlossen ist und es noch unendlich viele Temperaturdekaden zu erobern gibt. Dabei spielen sich in dem nur schwer vorstellbaren Bereich zwischen einem millionstel und einem tausendstel Kelvin genauso viele physikalische Phänomene ab wie beispielsweise im Bereich zwischen einem und tausend Kelvin.

„Die Leistung der Tieftemperaturphysik wird erst deutlich, wenn wir uns vor Augen führen, dass wir Materie hundert Millionen mal kälter als unsere Umgebung machen können“, sagt Strehlow. „Aber können wir Materie hundert Millionen mal wärmer machen als unsere Umgebung und sie bei diesen extremen Temperaturen untersuchen? Bestimmt nicht!“

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PTB maßstäbe / Anne Hardy
Stand: 29.10.2010

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Wettlauf zum Nullpunkt
Annäherungsversuche an die absolute Kälte

Die tiefste Temperatur im Universum
Auf der Suche nach der absoluten Kälte

Kräftemessen im Kältelabor
Der Wettstreit von Dewar und Onnes

Kriechendes Helium und supraleitendes Quecksilber
Entdeckungen im Reich der Tiefsttemperaturen

Im Reich der Tieftemperaturmaschinen
Moderne Verfahren der Extrem-Kühlung

„Schockgefrieren“ von Atomkernen
Wie geht es weiter?

Meilensteine der Kälteforschung
Vom ersten Thermometer zum Fermionen-Kondensat

Diaschauen zum Thema

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