На борту Международной космической станции есть компактная лаборатория размером с небольшой холодильник, в которой производятся самые холодные вещества во Вселенной. Она называется Лаборатория холодного атома (Cold Atom Lab), и уже некоторое время ученые используют эту камеру для исследования странных квантовых свойств атомов в условиях микрогравитации. Но недавно они объявили, что достигли важной вехи, пишет space.com.
Лаборатория холодного атома, управляемая удаленно командой Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) в Калифорнии, официально создала квантовый газ, содержащий два вида атомов. В конечном итоге это может открыть дверь для совершенно новых космических экспериментов в области квантовой химии.
Если говорить о состояниях материи, то четыре хорошо известных состояния - это газы, жидкости, твердые тела и плазма, но есть также экзотическое пятое состояние материи - конденсат Бозе-Эйнштейна, которое было впервые обнаружено в 1990-х годах.
Это состояние не найдено в природе, но ученые могут его создать. Конденсаты Бозе-Эйнштейна генерируются в ультрахолодных лабораториях, таких как Лаборатория холодного атома, где лазеры или магниты помогают охладить облако атомов, близкое к абсолютному нулю (-273 градуса по Цельсию). Это самая низкая возможная температура во Вселенной. В этом состоянии атомы замедляются, их края сливаются, и ученые могут наблюдать квантовые эффекты, которые обычно очень трудно исследовать.
На Земле гравитация заставляет конденсаты Бозе-Эйнштейна рассеиваться, как только отключаются сверхохлаждающие магниты или лазеры в экспериментальной камере. Однако этого не произошло бы в условиях микрогравитации космоса. Таким образом, ученые впервые создали бозе-эйнштейновские конденсаты в Лаборатории холодного атома в 2018 году, когда камера была установлена на МКС. И в последующие годы они изучили это явление с большим успехом.
Но теперь исследователи показали, что они могут создать такой квантовый газ не из одного, а из двух типов атомов. В данном случае они добились успеха с облаком калий-рубидия. Согласно заявлению JPL, будущие работы с этим видом квантового газа могут быть использованы для разработки космических квантовых технологий, которые уже существуют на Земле.
"Мы могли бы создать датчики, чрезвычайно чувствительные к малым вращениям, и, по сути, использовать эти холодные атомы в конденсате Бозе-Эйнштейна для изготовления гироскопов", - заявил соавтор исследования Николас Бигелоу, профессор физики и оптики Рочестерского университета.
"Эти гироскопы могли бы дать нам фиксированную точку отсчета в космосе, которую можно было бы использовать для навигации в дальнем космосе. Мы также разрабатываем ряд вещей, которые могут привести к улучшению космических часов, которые имеют решающее значение для многих вещей в современной жизни, таких как высокоскоростной Интернет и GPS", - добавил Бигелоу.
Исследователи, работа которых опубликована в журнале Nature, также считают, что будущие эксперименты в Лаборатории холодного атома могут помочь им проверить принцип эквивалентности, который является центральным в теории общей относительности Альберта Эйнштейна. Этот принцип гласит, что гравитация должна воздействовать на все объекты одинаково, независимо от их массы. Иными словами, перо и кирпич должны падать с одинаковой скоростью - по крайней мере, в вакууме, где нет трения.
Самое холодное место во Вселенной
Как сообщал УНИАН, о намерениях NASA создать самое холодное место во Вселенной на борту МКС стало известно в начале 2014 года. Планировалось, что конденсат Бозе-Эйнштейна, - переохлажденные атомы, которые ведут себя не как газ, а как волна, - станет первым объектом, который будут изучать в Cold Atom Lab.
