Ajakirja Nature hiljutise artikli kohaselt on California tehnikainstituudi ja reaktiivmootorite labori füüsikud loonud kosmoses haruldase aine kvantseisundi, mida tuntakse Bose-Einsteini kondensaadina (BEC). Füüsikud tegid seda, paigutades Rahvusvahelise Kosmosejaama (ISS) pardale väikese külmiku suuruse kompaktse eksperimentaalse seadistuse. Seda nimetatakse külma aatomi laboriks (CAL), teisisõnu "universumi kõige lahedamaks kohaks".
BEC on oma nime saanud Albert Einsteini ja India füüsiku Satyendra Bose järgi, kes ennustasid 1920. aastatel võimalust, et aatomite laineline olemus võib aatomitel üksteise piisavalt tihedalt kokku leppida ja kattuda. Normaaltemperatuuril toimivad aatomid nagu piljardipallid ja põrkuvad üksteisest eemale. Madalam temperatuur vähendab nende kiirust. Kui temperatuur langeb piisavalt madalale (miljardi kraadi võrra üle absoluutse nulli) ja aatomid on piisavalt tihedalt pakitud, võivad erinevate ainete lained üksteist "tunda" ja koordineerida, nagu oleksid nad üks suur "superatoom".
Füüsikud Eric Cornell ja Carl Wieman, seejärel Colorado ülikooli JILA laboris, lõid esimesed BEC -d laboris 1995. aastal. Laserlõksu kasutades jahutasid nad umbes 10 miljonit rubiidiumi aatomit; jahtunud aatomeid hoidis paigas magnetväli. Kuid aatomid ei olnud endiselt BEC moodustamiseks piisavalt külmad, mistõttu lisasid nad teise etapi, aurustamisjahutuse, mille käigus koordineeritakse kuumimate aatomite väljalülitamiseks magnetväljade võrk, et külmemad aatomid saaksid üksteisele lähemale jõuda. See protsess toimib umbes samamoodi nagu aurustamisjahutus teie hommikuse kohvitassiga - kuumemad aatomid tõusevad magnetlõksu tippu ja "hüppavad välja" auruna.
2001. aasta septembriks oli katset korranud üle kolme tosina meeskonna. See avastus tähistas täiesti uue füüsikaharu algust. BEC -d võimaldavad teadlastel uurida kummalist ja väikest kvantfüüsika maailma, nagu vaataksid nad seda läbi suurendusklaasi; BEC "võimendab" aatomeid samamoodi nagu laser võimendab footoneid. Wiemann, Cornell ja Wolfgang Ketterle jagasid oma saavutuste eest 2001. aasta Nobeli füüsikaauhinda.
Saksa katse MAIUS 1 (Mother Wave Interferometry in Microgravity) lõi BEC kosmosesse 2017. aastal, kuue minuti pikkuse mikrogravitatsioonilise lennu faasis kõlava raketi pardal. Laboratoorsed seadmed, mis on vajalikud BEC loomiseks Maal, võtavad vähem kui 1 m3 ja töötavad vaid umbes 510 vatti, mistõttu on need ideaalsed ISS -i katsetamiseks. CAL -seade paigaldati pardale 2018. aasta mais. Praegu kasutab rajatis BEC -de loomiseks rubiidiumi aatomeid, kuid segatud BEC -de füüsika uurimiseks on kavas lisada segusse kaaliumi aatomeid.
See on märkimisväärne edasiminek, sest kosmoses loodud BEC -id kestavad kauem kui maapealsed laborid isegi pärast suletud püüniste väljalülitamist, andes füüsikutele veidi rohkem aega eksootilise aineolukorra uurimiseks - üks sekund, võrreldes sekundi murdosaga. maapinnal. Nagu Neil Patel selgitab ajakirjas Technology Review.
BEC abil katsete tegemiseks peame magnetlõksu välja lülitama või vabastama. Aatomipilv laieneb, mis on kasulik, sest BEC -id peavad jääma külmaks ja gaasid kipuvad laienedes jahtuma. Aga kui BEC -i aatomid on üksteisest liiga kaugel, ei käitu nad enam nagu kondenseerumine. Siin tuleb mängu madal Maa orbiidi mikrogravitatsioon. Kui proovite Maal helitugevust suurendada, ütleb JPL-i füüsik David Evelyn, värske ajakirja Nature kaasautor, tõmbab gravitatsioon lihtsalt BEC-pilve keskel olevad aatomid lõksu põhja, kuni need välja valguvad., moonutades kondensaadi või hävitades selle täielikult.
Kuid mikrogravitatsiooni korral võivad CAL -i instrumendid hoida aatomeid koos isegi siis, kui lõksu maht suureneb. See muudab kondensaadi pikaealisemaks, mis omakorda võimaldab teadlastel seda uurida kauem, kui nad saaksid Maal (esialgne demonstratsioon kestis 1,18 sekundit, kuigi eesmärk on pilve uurida 10 sekundit).
"Me teeme BEC -katseid iga päev, mitu tundi päevas," ütles Evelyn. Tööriist on täielikult kaugjuhtimisega. Käivitame seda Maa arvutitest."
Algselt pidi CAL töötama umbes aasta, enne kui oli vaja varuosi, kuid ISSi astronaudid - eriti Christina Koch - tegid selle eluea pikendamiseks kriitilist hooldust. Tööriist on kasutusel olnud kaks aastat. Hiljutised täiustused hõlmavad aatominterferomeetrit, mille abil saab BEC abil mõõta planeedi pinna raskusjõu muutusi. BEC võib lõpuks tuvastada ka aksioonid, teoreetiliselt külma tumeaine osakese või kasutada tumeda energia allikate leidmiseks.
"Varem on meie peamine arusaam looduse sisemisest toimimisest tulnud osakeste kiirenditest ja astronoomilistest vaatluskeskustest," ütles kaasautor Caltechi Robert Thompson. "Usun, et täpsetel mõõtmistel külmade aatomite abil on tulevikus üha olulisem roll."
