Chilly Rekord! Das kälteste Objekt auf der Erde wurde im Lab erstellt

Ein Stück Kupfer wurde zum kältesten Kubikmeter (35,3 Kubikfuß) der Erde, als Forscher es auf 6 Millikelvin oder sechstausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (0 Kelvin) abkühlten.

Dies ist der nächstliegende Stoff, der Masse und Volumen ist bis zum absoluten Nullpunkt gekommen. Forscher setzen die 880-Pfund. (400 Kilogramm) Kupferwürfel in einem Behälter namens Kryostat, der speziell dafür entwickelt wurde, Gegenstände extrem kalt zu halten. Dies ist der erste gebaute Kryostat, der Substanzen so nahe am absoluten Nullpunkt halten kann.

"Die Hauptschwierigkeit dieses Projekts war die technologische Herausforderung des Kryostats", sagte Carlo Bucci, Forscher am Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italien, der an der Entwicklung des Kryostats beteiligt war, gegenüber Live Science. "Wir haben 10 Jahre damit verbracht, das System zu entwerfen, zu realisieren und zu testen." [Die 8 kältesten Orte der Welt]

Der Aufbau des Extremtemperatur-Kryostats ist nur der erste Schritt in einem neuen Experiment, bei dem der Kryostat als Teilchendetektor fungieren wird. Der Versuchsaufbau wird als kryogenes unterirdisches Observatorium für seltene Ereignisse (CUORE) bezeichnet und wird im Untergrundlabor INFN Gran Sasso gebaut. Bucci und ein Team von Forschern hoffen, dass der CUORE-Detektor mehr über die subatomaren Teilchen, die als Neutrinos bezeichnet werden, verraten wird und warum es so viel mehr Materie als Antimaterie im Universum gibt.

Antimaterie besteht aus Teilchen mit der genau entgegengesetzten Ladung derjenigen, die reguläre Materie bilden. Unmittelbar nach dem Urknall, der das Universum vor etwa 13,7 Milliarden Jahren erschuf, wird angenommen, dass Materie und Antimaterie in gleichen Mengen existieren. Aber wenn diese beiden Substanzen kollidieren, vernichten sie sich gegenseitig, was bedeutet, dass das Universum nicht existieren sollte. Aber aus irgendeinem Grund dominierte die Materie die Antimaterie, und die Physiker sind sich immer noch nicht sicher warum.

Bucci und seine Kollegen hoffen, ein seltenes Phänomen namens neutrinolosen Doppel-Beta-Zerfall zu beobachten. Dies geschieht, wenn Antineutrinos in reguläre Neutrinos zerfallen. Die Forscher wollen beweisen, dass Neutrinos Majorana-Teilchen sind, was bedeutet, dass sie als ihre eigenen Antiteilchen wirken. Physiker glauben, das Phänomen könnte erklären, warum das Universum so viel mehr Materie enthält als Antimaterie. Das Experiment könnte auch die genaue Masse von Neutrinos aufdecken, die Physiker seit Jahren zu berechnen versuchen.

Aber die Temperaturen müssen bei etwa 10 Millikelvin bleiben, damit die Forscher den seltenen Fall beobachten können. Hier kommt der CUORE-Detektor ins Spiel. Sobald er fertig ist, wird das Innere des Kryostaten mit Hunderten von Kristallen ausgekleidet, die Neutrinos erkennen können, indem sie Strahlung und Temperaturänderungen aufnehmen. Der Kryostat wird mit einer Hochleistungs-Verdünnungs-Kältemaschine gekühlt (die wegen des chemischen Prozesses, der die Kühlung bereitstellt, so genannt wird), verwendet jedoch eine Reihe von Röhren, die anstelle von flüssigem Stickstoff oder flüssigem Helium Druck und Gas enthalten.

Bucci sagte, das Team könne keinen flüssigen Stickstoff oder flüssiges Helium verwenden, da diese Materialien teuer sind und während des Experiments Vibrationen erzeugen könnten. Diese könnten verhindern, dass der Detektor die Neutrinos aufnimmt.

Fast 2 Tonnen (1,8 Tonnen) Blei werden den Kryostaten abdecken, um zu verhindern, dass Strahlung in das Innere gelangt und die Detektion der Neutrinos behindert.

Bucci und das Team hoffen, dass das Experiment im nächsten Jahr beginnen wird.

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