… na eine Kalium-Atomgaswolke natürlich. Klingt komisch? Ist aber so.

Bereits im Dezember 2011 haben Forscher an der Harvard University es geschafft den bisherigen Kälterekord bei einigen Nanokelvin, also wenigen Milliardsteln Grad über dem Nullpunkt, aufzustellen.
Nun haben Physiker von der Ludwig-Maximilians-Universität München und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching eine Atomgaswolke erzeugt, die eine absolute Temperatur unter dem Nullpunkt haben kann.

Ulrich Schneider, einer der beteiligten Physiker, erklärt das Gas sei dabei aber genau genommen nicht kälter als null Kelvin, sondern eigentlich heißer: „Es ist sogar heißer als bei jeder beliebigen positiven Temperatur – die Temperaturskala hört bei unendlich einfach noch nicht auf, sondern springt zu negativen Werten.“
Wow, das war mir nicht klar…

Selbst nach wiederholtem Lesen hatte ich den Artikel nicht gleich verstanden, doch mit etwas Recherche und Gripsanstrengung … hier mein Erklärungsversuch:

Zuerst müssen wir wissen, dass Temperatur nicht gleichbedeutend ist mit Wärme (oder Kälte). Laut Definition beschreibt die Temperatur den Zustand eines Systems und die Wärme bzw. Kälte beschreibt die Größe der thermischen Energie in einem System. Also die Menge an Wärme, die in Form von bewegten Teilchen (bei Kälte eher Wellen) in einem Stoff im Moment der Messung vorhanden ist. Sie ist somit eine von mehreren Merkmalen des Systems.

Wieviel thermische Energie ein System haben kann, hängt von dem jeweiligen Stoff ab. Klassisches Beispiel: Wasser hat eine sehr viel höhere Wärmekapazität als Luft.

Wenn bspw. Wasser erhitzt wird, erhöht sich die Bewegungsenergie der Wassermoleküle, wobei sich nicht alle Moleküle mit derselben Geschwindigkeit bewegen.

Zu beobachten ist sogar, dass der Anteil, der sich langsam bewegenden Teilchen höher ist und nur wenige, schnelle Teilchen mit viel Energie vorhanden sind. Diese Verteilung ist in der Physik als die Boltzmann-Verteilung bekannt.

Um eine negative Temperatur unter 0 Kelvin erreichen zu können, muss man dieses Verhältnis umkehren. „Die umgekehrte Boltzmann-Verteilung ist genau das, was eine negative, absolute Temperatur ausmacht, und die haben wir erreicht.“ sagt Ulrich Schneider.

Man hat dazu ein Gas aus einzelnen Kaliumatomen in einer Vakuumkammer ganz nahe an den Nullpunkt gekühlt und die Atome dann in optischen Fallen aus Lasern festgehalten. Ja, das geht. Die Atome haben eine begrenzte Aufnahmemöglichkeit an Energie (einen solchen Stoff gibt es in der Natur so nicht) und diese Spitze der Energieaufnahme überschritten die Forscher nun, um somit in den Bereich negativer absoluter Temperatur zu kommen.
In dieser Atomgaswolke hat man dann einen hohen Anteil von schnell bewegten, energiereichen Teilchen, aber der Zustand ist, in absoluter Temperatur (Kelvin-Skala) ausgedrückt, in den Minus-Kelvin-Bereich gewandert.

Dabei ziehen sich die Kalium-Atome in der Wolke an und stoßen sich nicht, wie üblich, 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.

Ich weiß, das klingt echt befremdlich, bei mir sind da noch ein paar Fragen offen. Ich könnte ja umgekehrt mal versuchen mein Konto so stark zu überziehen, dass es wieder in den positiven Bereich springt, aber so ist das nun mal in der Teilchenphysik.
Je kleiner die Elemente sind die man untersucht, je erstaunter ist man, da sie sich nicht so verhalten wie man es im „Großen“ gewöhnt ist.

Quellen: derStandard.at│Wikipedia