211service.com
Naukowcy po raz pierwszy stworzyli kondensaty Bosego-Einsteina w kosmosie
Stworzenie egzotycznej materii na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej to wyczyn technologiczny, który może pomóc odkryć głębokie tajemnice fizyki. 11 czerwca 2020 r.
Komórka naukowa laboratorium zimnego atomu. Atomy przy suficie są chłodzone i formowane w kondensat Bosego-Einsteina. NASA
Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej od maja 2018 r. znajduje się obiekt wielkości minilodówki, zwany Cold Atom Lab (CAL), zdolny do chłodzenia atomów w próżni do temperatur jednej dziesięciomiliardowej stopnia powyżej zera absolutnego. Pod każdym względem jest to jedno z najzimniejszych miejsc w znanym wszechświecie. I zgodnie z nowe badanie opublikowane w Nature , naukowcy wykorzystali go właśnie do stworzenia rzadkiego stanu materii po raz pierwszy w kosmosie.
Kondensaty Bosego-Einsteina, czasami nazywane piątym stanem materii, to gazowe chmury atomów, które przestają zachowywać się jak pojedyncze atomy i zaczynają zachowywać się jak zbiorowość. BEC, jak często się je nazywa, zostały po raz pierwszy przewidziane przez Alberta Einsteina i Satyendrę Nath Bose ponad 95 lat temu, ale po raz pierwszy zostały zaobserwowane w laboratorium przez naukowców zaledwie 25 lat temu.
Ogólną ideą przy tworzeniu BEC jest wstrzykiwanie atomów (w przypadku CAL, rubidu i potasu) do bardzo zimnej komory, aby je spowolnić. Następnie w komorze powstaje pułapka magnetyczna z naelektryzowaną cewką, która jest używana wraz z laserami i innymi narzędziami do przenoszenia atomów w gęstą chmurę. W tym momencie atomy zlewają się ze sobą, mówi David Aveline, fizyk z Jet Propulsion Laboratory i główny autor nowego badania.
Aby przeprowadzać eksperymenty z użyciem BEC, musisz wyłączyć lub zwolnić pułapkę magnetyczną. Chmura stłoczonych atomów rozszerzy się, co jest przydatne, ponieważ BEC muszą pozostać zimne, a gazy mają tendencję do ochładzania się w miarę rozszerzania się. Ale jeśli atomy w BEC są zbyt daleko od siebie, nie zachowują się już jak kondensat. W tym miejscu do gry wkracza mikrograwitacja niskiej orbity Ziemi. Jeśli spróbujesz zwiększyć objętość na Ziemi, mówi Aveline, grawitacja po prostu ściągnie atomy ze środka chmury BEC na dno pułapki, aż się rozleją, zniekształcając kondensat lub całkowicie go niszcząc. Ale w mikrograwitacji narzędzia w CAL mogą utrzymywać atomy razem, nawet gdy zwiększa się objętość pułapki. To sprawia, że kondensat trwa dłużej, co z kolei pozwala naukowcom badać go dłużej niż mogliby na Ziemi (ta wstępna demonstracja trwała 1,118 sekundy, chociaż celem jest umożliwienie wykrycia chmury do 10 sekund).
David Aveline obserwuje CAL w testach środowiskowych w NASA Jet Propulsion Lab przed startem.
Choć to tylko pierwszy krok, eksperyment CAL może pewnego dnia umożliwić BEC stworzenie podstawy ultraczułych instrumentów wykrywających słabe sygnały z niektórych najbardziej tajemniczych zjawisk we Wszechświecie, takich jak fale grawitacyjne i ciemna energia. Z bardziej praktycznej perspektywy Aveline uważa, że praca zespołu może utorować drogę lepszym czujnikom bezwładnościowym. Zastosowania sięgają od akcelerometrów i sejsmometrów po żyroskopy, mówi.
W międzyczasie naukowcy mogą bawić się CAL, który Aveline opisuje jako system pokręteł, którymi należy obracać, aby stworzyć wyjątkowe warunki do eksperymentowania z atomami. Zespół wie, że może tworzyć kondensaty Bosego-Einsteina w kosmosie. Następnym krokiem jest dostosowanie ustawień, aby zobaczyć, co się z nimi stanie, gdy gałki zostaną ustawione na 11, że tak powiem.