cryostat

Wetenschappers hebben een stuk koper van 400 gram extreem afgekoeld. Het koperen object bereikte een temperatuur van zes millikelvin, oftewel zes duizendste van een graden boven het absolute nulpunt. Een record!

Het absolute nulpunt is 0 kelvin, oftewel -273,15 graden Celsius. Des te lager de temperatuur, des te langzamer gaan atomen trillen. Bij 0 kelvin staan de atomen helemaal stil.

Onder het nulpunt
In januari 2013 verbraken wetenschappers een record door een temperatuur onder het absolute nulpunt te bereiken. In een gasachtig systeem werd een temperatuur van -1 nanokelvin bereikt. Dat is een miljardste deel van een graad.

Het is echter veel makkelijker om gas te koelen dan een flink stuk koper van 400 gram. Nog nooit eerder slaagden wetenschappers er in om een groot en zwaar object te koelen naar een temperatuur van zes millikelvin. Dit is dus een mooi record.

Bestaat er een hoogste temperatuur?
Er is een absoluut nulpunt, dus er bestaat een laagste temperatuur. Maar bestaat er ook een hoogste temperatuur? Jazeker, bij een bepaalde temperatuur zou de hele werking van de fysica niet meer werken als nu gebeurt. Wetenschappers denken overigens dat deze bizar hoge temperatuur ooit bereikt is, namelijk een fractie van een milliseconde na de oerknal.

Hoe is dit gedaan?
Om de koperen kubus te koelen, plaatsen onderzoekers deze in een cryostat. Een cryostat is een soort opgevoerde vrieskist, waar extreem lage temperaturen bereikt kunnen worden door verschillende koelmethoden te combineren. Aan het ontwerp van de cryostat van het Italiaanse Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) werd tien jaar gewerkt. Deze cryostat maakt geen gebruik van vloeibaar stikstof of vloeibaar helium – zoals de meeste andere cryostats – maar van gas en drukverschillen. Het team kon geen vloeibaar stikstof of vloeibaar helium gebruiken, omdat deze materialen duur zijn en daarnaast vibraties creëren tijdens het experiment.

Neutrino’s
De cryostat van het INFN zal gebruikt worden als een deeltjesversneller om subatomische deeltjes (neutrino’s) te spotten. Door objecten af te koelen is de kans groter dat antineutrino’s vervallen in normale neutrino’s. De Italiaanse cryostat zal aan de binnenkant bekleed worden met honderden kristallen, die wellicht neutrino’s gaan opvangen. De cryostat is verpakt in een dikke laag lood met een gewicht van twee ton, om te voorkomen dat straling van buitenaf invloed kan uitoefenen op deeltjes in de cryostat. Kortom, een bijzonder experiment met hopelijk mooie resultaten!