Квантовий газ із двома типами атомів був віддалено створений в умовах мікрогравітації.
Лабораторія холодного атома на МКС управляється віддалено командою JPL NASA / фото REUTERS
На борту Міжнародної космічної станції існує компактна лабораторія розміром з невеликий холодильник, яка виробляє найхолодніші речовини у Всесвіті. Вона називається Лабораторія холодного атома (Cold Atom Lab), і вже деякий час вчені використовують цю камеру для дослідження дивних квантових властивостей атомів в умовах мікрогравітації. Але нещодавно вони оголосили, що досягли важливої віхи, пише space.com.
Лабораторія холодного атома, керована дистанційно командою Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) у Каліфорнії, офіційно створила квантовий газ, що містить два види атомів. Зрештою, це може відкрити двері для абсолютно нових космічних експериментів у квантовій хімії.
Якщо говорити про стани матерії, то чотири добре відомі стани — це гази, рідини, тверді тіла та плазма, але існує також екзотичний п’ятий стан матерії — конденсат Бозе-Ейнштейна, який вперше був виявлений у 1990-х роках.
Цей стан не зустрічається в природі, але вчені можуть його створити. Конденсати Бозе-Ейнштейна генеруються в ультрахолодних лабораторіях, таких як Лабораторія холодного атома, де лазери або магніти допомагають охолодити хмару атомів, близьку до абсолютного нуля (-273 градуси за Цельсієм). Це найнижча можлива температура у Всесвіті. У цьому стані атоми сповільнюються, їхні краї зливаються, і вчені можуть спостерігати квантові ефекти, які зазвичай дуже важко досліджувати.
На Землі гравітація змушує конденсати Бозе-Ейнштейна розсіюватися, як тільки в експериментальній камері вимикаються надхолоджуючі магніти або лазери. Однак цього не сталося б в умовах мікрогравітації космосу. Таким чином, вчені вперше створили конденсати Бозе-Ейнштейна в Лабораторії холодного атома в 2018 році, коли камера була встановлена на МКС. І в наступні роки вони вивчили це явище з великим успіхом.
Читайте також:
Німецькі вчені заявили про відкриття нового стану матерії
Вчені вперше синтезували холоднішу за космос плазму
Але зараз дослідники показали, що вони можуть створити такий квантовий газ не з одного, а з двох типів атомів. У цьому випадку вони досягли успіху з хмарою калій-рубідію. Згідно з заявою JPL, майбутні роботи з цим видом квантового газу можуть бути використані для розробки космічних квантових технологій, які вже існують на Землі.
«Ми могли б створити датчики, надзвичайно чутливі до малих обертань, і, по суті, використовувати ці холодні атоми в конденсаті Бозе-Ейнштейна для виготовлення гіроскопів», — заявив співавтор дослідження Ніколас Бігелов, професор фізики і оптики Рочестерського університету.
«Ці гіроскопи могли б дати нам фіксовану точку відліку в космосі, яку можна було б використовувати для навігації в глибокому космосі. Ми також розробляємо ряд речей, які можуть призвести до вдосконалення космічних годинників, які мають вирішальне значення для багатьох речей у сучасному житті, таких як високошвидкісний інтернет і GPS», — додав Бігелов.
Дослідники, робота яких опублікована в журналі Nature, також вважають, що майбутні експерименти в Лабораторії холодного атома можуть допомогти їм перевірити принцип еквівалентності, який є центральним у теорії загальної відносності Альберта Ейнштейна. Цей принцип говорить, що гравітація повинна впливати на всі об’єкти однаково, незалежно від їхньої маси. Іншими словами, перо і цегла мають падати з однаковою швидкістю — принаймні, у вакуумі, де немає тертя.
Найхолодніше місце у Всесвіті
Як повідомляв УНІАН, про наміри NASA створити найхолодніше місце у Всесвіті на борту МКС стало відомо на початку 2014 року. Планувалося, що конденсат Бозе-Ейнштейна, — переохолоджені атоми, які поводяться не як газ, а як хвиля, — стане першим об’єктом, який вивчатимуть в Cold Atom Lab.
