Kvanttijäähtyminen

Kvanttijäähtyminen on ilmiö, jossa kvanttimekaaniset efektit johtavat materiaalin lämpötilan laskuun sen ympäristöä kylmemmäksi. Tämä on tyypillisesti havaittu suprajohteissa erittäin matalissa lämpötiloissa, lähellä absoluuttista nollapistettä. Kun suprajohteen energia pienenee jostain ulkoisesta syystä, kuten sähkövirran tai magneettikentän vaikutuksesta, se voi vapauttaa energiaa fotonien muodossa. Nämä fotonit poistuvat suprajohteesta, mikä vähentää sen sisäistä energiaa ja siten lämpötilaa.

Ilmiön ytimessä on suprajohteen energiatila. Matalissa lämpötiloissa suprajohteessa on energiakapasiteetti, joka on riittävän pieni mahdollistaakseen kvanttiefektien esiintymisen. Kun suprajohteeseen tuodaan energiaa, se voi siirtyä korkeammalle energiatasolle. Palatessaan matalammalle energiatasolle se voi emittoida fotonin. Tämä prosessi on verrattavissa siihen, miten atomit emittoivat valoa, mutta suprajohteen tapauksessa kyse on kollektiivisesta ilmiöstä, jossa suuri määrä elektronipareja osallistuu energian vapauttamiseen.

Kvanttijäähtymistä voidaan hyödyntää esimerkiksi erittäin herkissä mittalaitteissa ja kvanttitietokoneiden komponenteissa, jotka vaativat äärimmäisen matalia lämpötiloja toimiakseen. Sen ymmärtäminen auttaa myös syvemmälle kvantti-ilmiöiden ja suprajohtavuuden luonteen tutkimisessa. Ilmiö on esimerkki siitä, kuinka kvanttimekaniikka voi vaikuttaa makroskooppisiin ominaisuuksiin, kuten materiaalin lämpötilaan.