Teraz sa nám podarilo preskúmať oblak piateho stavu hmoty vo vesmíre

Počítačový model Boseho-Einsteinovho kondenzátu. (NASA/NIST)

V júli 2018 Oznámila to NASA neuveriteľný úspech. Oni vytvorilinajchladnejšie miesto vo vesmíre- priamo tam na Medzinárodnej vesmírnej stanici, na obežnej dráhe okolo Zeme.

Vzali atómy mäkkého kovu nazývaného rubídium a ochladili ich na teplotu okolo 100 nanoKelvinov – jednu desaťmilióntinu Kelvina nad absolútnou nulou.

Výsledkom bol super studený oblak nazývaný a Boseho-Einsteinov kondenzát , exotická „piata“ stav hmoty a taký, ktorý by nám mohol pomôcť pochopiť podivné kvantové vlastnosti ultra-studených atómov. Tým sa však výskum neskončil.



Pomocou laboratória studených atómov v Jet Propulsion Laboratory vedci pokračovali vo výrobe Bose-Einsteinove kondenzáty menej ako nanoKelvin nad absolútnou nulou – využívajúc podmienky mikrogravitácie na palube vesmírnej stanice, aby sme sa o tomto stave dozvedeli viac, ako by sme mohli na Zemi.

Bose-Einsteinove kondenzáty sú dosť zvláštne. Sú tvorené z bozóny ochladený len na zlomok nad absolútnou nulou (ale nedosahuje absolútnu nulu, v tomto bodeatómy sa prestanú pohybovať). To spôsobí, že klesnú do stavu s najnižšou energiou, pohybujú sa extrémne pomaly a zbližujú sa dostatočne blízko na to, aby sa prekrývali, čím vzniká oblak atómov s vysokou hustotou, ktorý pôsobí ako jeden „superatóm“ alebo hmotná vlna.

Pretože kvantovú mechaniku - v ktorej možno každú časticu opísať ako vlnu - je ľahšie pozorovať v atómovom meradle, Bose-Einsteinove kondenzáty umožňujú vedcom študovať kvantové správanie v oveľa väčšom meradle, namiesto toho, aby sa pokúšali študovať jednotlivé atómy.

Bose-Einsteinove kondenzáty môžu byť vytvorené tu na Zemi pomocou kombinácie laserového chladenia, magnetických polí a chladenia odparovaním. Táto posledná technika je posledným krokom – atómy sú držané v magnetickej pasci a rádiofrekvenčné žiarenie sa používa na „odparenie“ najenergetickejších častíc, pričom chladné, pomalé častice zanechajú za sebou, aby vytvorili kondenzát.

Akonáhle k tomu dôjde, pasca sa vypne a vedci môžu vykonávať experimenty. Musia však konať rýchlo – prirodzená odpudivá sila medzi atómami spôsobí, že sa oblak roztiahne a rozplynie. Gravitácia znamená, že tento proces prebieha veľmi rýchlo – len niekoľko desiatok milisekúnd.

S účinkami gravitácie, ktoré pôsobia proti voľnému pádu, však môžete vytvoriť Bose-Einsteinov kondenzát, ktorý môže trvať viac ako sekundu.

Okrem toho znížený vplyv gravitácie znamená, že kondenzát sa môže tvoriť v plytšej miske. To poskytlo výskumníkom lepšie okno na pozorovanie oblaku pred a krátko po jeho uvoľnení.

To je to, čo výskumníci dosiahli pomocou laboratória Cold Atom Laboratory - ale keď skúmali kondenzáty, ktoré produkovali, zistili účinky, ktoré nemôžu nastať v zemskej gravitácii.

'Zistili sme, že ochladzovanie odparovaním vyvolané rádiofrekvenčnou energiou odhaľuje výrazne odlišné výsledky v mikrogravitácii,' píšu vo svojich novinách .

„Pozorujeme takmer trojnásobný nárast počtu atómov na obežnej dráhe. Použitím rôznych gradientov magnetického poľa potvrdzujeme, že približne polovica atómov je v magneticky necitlivom stave |2, 0⟩, čím sa okolo miesta magnetickej pasce vytvára oblak podobný halo.'

Na Zemi je gravitácia dominantnou silou pôsobiacou na tieto atómy, ktorá ich odstraňuje z okolia pasce.

Vo vesmíre, možnosť bližšie sa pozrieť na kondenzát odhalila halo voľných atómov rubídia vznášajúcich sa okolo okrajov oblaku. Vďaka spôsobu chladenia materiálu tieto atómy sotva venovali pozornosť magnetickej pasci.

Gravitácia by ich zvyčajne odtiahla nabok, aspoň na Zemi. Vo voľnom páde sa však poflakovali a poskytli potenciálne užitočný ultrachladný zdroj pre budúce štúdium.

Možnosť výroby chladnejších, trvanlivejších Bose-Einsteinových kondenzátov tiež znamená, že môžeme začať uvažovať o iných spôsoboch, ako ich študovať. Napríklad by sa dali vytvoriť tvary pascí, ktoré na Zemi nie sú možné, aby sa zistilo, či je možné pozorovať rôzne kvantové správanie.

Vlnové vlastnosti Bose-Einsteinových kondenzátov sú tiež potenciálne užitočné pre atómové interferometre , ktorý možno použiť na meranie základných fyzikálnych konštánt.

„Použili sme základné schopnosti CAL na nízkej obežnej dráhe Zeme, aby sme demonštrovali okamžité a zásadné výhody mikrogravitácie pre experimenty s ultrastudenými atómami... Tieto experimenty predstavujú začiatok potenciálne rokov vedeckej prevádzky, pričom časom sa môžu využívať ďalšie možnosti prístroja. ' píšu výskumníci vo svojom článku .

„Budúce modulárne vylepšenia nástroja CAL sú k dispozícii pre rozšírené štúdie misií, vrátane vedeckého modulu postaveného spoločnosťou JPL s atómovým vlnovým interferometrom. Navyše, užitočné zaťaženie pre následné misie je v štádiu návrhu a vývoja, čo zaisťuje nepretržitú prítomnosť a aplikáciu ultrachladných atómov na obežnej dráhe.“

Výskum bol publikovaný v r Príroda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.