熱力学の法則によれば、絶対零度 (0 ケルビンまたは摂氏 -273.15 度) を達成することは不可能です。しかし、イタリアの国立科学核研究所 (INFN) の科学者たちは、比較的大きな質量と体積を持つ物体をほぼ 0 K まで冷却するという、不可能に近いことを達成しました。
問題の物体は1立方メートルの銅製の立方体です。それは6ミリケルビン、つまり摂氏-273.144度まで凍結されました。これは、質量と体積の点で絶対零度に非常に近づいた最大の物体です。
インスタントアイスクリーム
研究者らは、重さ400キロの銅の立方体をクライオスタットと呼ばれる一種の容器の中に入れた。この容器は、中のすべてのものを極寒に保つように設計されている。熱いスープさえも数秒でアイスクリームに変えることができるスーパー冷蔵庫を思い浮かべてほしい。
この「スーパー冷蔵庫」は、この実験のために特別に作られたものです。彼女は物体を絶対零度に近づけることができた初めての人物です。 「このプロジェクトの主な困難は、クライオスタットの技術的な課題でした。私たちはこれを実行できるシステムの開発とテストに 10 年を費やしました」と INFN の研究者であるカルロス ブッチ氏は述べています。
もっと大きなものの一部
物体を凍らせて絶対零度に達することだけが研究の主な目的ではありません。クライオスタットの構築は最初のステップにすぎません。これは粒子検出器として機能するために使用されます。実際の実験は、イタリアのアブルッツォ州にある山、グラン・サッソにある INFN 地下研究所で行われています。
この実験は、希少事象極低温地下観測所（CUORE、偶然かどうかは不明ですが、イタリア語で心臓を意味します）と呼ばれています。ブッチ氏と彼のチームは、CUORE によって、ニュートリノと呼ばれる素粒子に関するさらなる情報と、宇宙に反物質よりもはるかに多くの物質が存在する理由が明らかになるだろうと信じています。
でもちょっと待ってください、寒さと反物質にはどんな関係があるのでしょうか？
研究者らは、反ニュートリノが通常のニュートリノに変化する珍しい現象を観察したいと考えている。なぜなら、その仕組みを知れば、なぜ反物質よりも物質が存在するのかを説明できるからである。さらに、この実験により、世界中の科学者が何年も計算を試みてきたこれらの粒子の正確な質量が明らかになる可能性があります。
問題は、この現象を研究できるようにするには、周囲温度が約 10 ミリリットルでなければならないということです。これを可能にするのがクライオスタットです。この実験に適合すると、その内部には放射線と温度の変化を通じてニュートリノを検出できる数百の結晶が並び、ブッチ氏と彼のチームにこの現象を観察する機会が与えられる。