Изследваха облак от „пето“ състояние на материята в Космоса
През юли 2018 година НАСА разгласи необикновено достижение. Бяха основали най-студеното място в Космоса и то напълно близо, на Международната галактическа станция, в орбита към Земята. Използвали са атоми на мек метал, наименуван рубидий, като са ги охладили до температури към 100 нано Келвина – една десетмилионна част от Келвин над безспорната нула.
Това докара до основаването на супер леден облак, наименуван кондензат на Бозе-Айнщайн, екзотичното „ пето “ положение на материята и такова, което може да ни помогне да разберем странните квантови свойства на ултра студените атоми. Но проучванията не стопират дотук.
Използвайки Лабораторията за студени атоми към Лабораторията за реактивни мотори, учените не престават да създават кондензат на Бозе-Айнщайн употребявайки изискванията на микрогравитация на борда на галактическата станция, с цел да научат повече за това положение, в сравнение с биха могли на Земята.
Кондензатите на Бозе-Айнщайн са много странни. Те се образуват от бозони, охладени до единствено част от безспорната нула (но не достигащи безспорна нула, в която точка атомите стопират да се движат). Това ги кара да потъват до най-ниското си енергийно положение, движейки се извънредно постепенно и се сближават задоволително с цел да се припокриват, създавайки облак с висока компактност на атоми, който работи като един „ супер атом “ или материална вълна.
Тъй като квантовата механика – в която всяка парченце може да бъде разказана като вълна – е по-лесно да се следи в атомната канара, кондензатите на Бозе-Айнщайн разрешават на учените да учат квантовото държание в доста по-голям мащаб, вместо да се пробват да учат обособени атоми.
Кондензатите на Бозе-Айнщайн могат да бъдат основани тук на Земята, като се употребява композиция от лазерно изстудяване, магнитни полета и изпарително изстудяване. Последната техника е последната стъпка – атомите се държат в магнитен капан и радиочестотното лъчение се употребява за „ изпаряване “ на най-енергийните частици, оставяйки студените и мудните откъм гърба, с цел да образуват кондензат.
След като това се случи, клопката се изключва и учените могат да правят опити. Но те би трябвало да работят бързо – естествената отблъскваща мощ сред атомите ще докара до разширение и разпръскване на облака не след дълго. Всъщност гравитацията значи, че този развой се случва много бързо – единствено няколко десетки милисекунди.
Ако на гравитацията се противодейства при свободно рухване, може да се получи кондензат от Бозе-Айнщайн, който може да съществува над секунда.
В допълнение, пониженото влияние на гравитацията значи, че кондензатът може да се образува по-лесно. Това обезпечава на откривателите по-добър прозорец за наблюдение на облака, както преди, по този начин и за малко след неговото освобождение.
Това реализират откривателите в лабораторията на Студения атом и когато пробват създадените кондензати, те откриват резултати, които не могат да настъпят при съществуването на земната гравитация.
„ Откриваме, че индуцираното от радиочестота изпарително изстудяване демонстрира доста разнообразни резултати в изискванията на микрогравитация “, пишат те в своята публикация.
„ Чрез използването на разнообразни градиенти на магнитното поле ние удостоверяваме, че почти половината от атомите са в магнитно нечувствително положение | 2, 0⟩, образувайки халогенно сходен облак към местоположението на магнитния капан. „
На Земята гравитацията е преобладаващата мощ, настояща върху тези атоми, отстранявайки ги от пространството към клопката. В космоса, където може да се прегледа по-отблизо кондензатът, учените откриват ореол от свободни атоми на рубидий, които се въртят към краищата на облака. Благодарение на метода, по който материалът се охлажда, тези атоми не се въздействат от магнитния капан. Гравитацията нормално ги дърпа встрани, най-малко на Земята.
Възможността за произвеждане на по-студени, по-дълготрайни кондензати от Бозе-Айнщайн също значи, че можем да стартираме да мислим за други способи, по които можем да ги изследваме. Например, форми на клопки, които не са вероятни на Земята, могат да бъдат основани, с цел да се види дали могат да се следят разнообразни квантови държания.
Вълновите свойства на кондензатите Бозе -Айнщайн са евентуално потребни и за атомните интерферометри, които могат да бъдат употребявани за премерване на съществени физични константи.
„ Използвахме главните благоприятни условия на CAL в ниска земна орбита, с цел да демонстрираме непосредствени и съществени изгоди от микрогравитацията за опити с ултра студени атоми … Тези опити образуват началото на нови научни интервенции, с спомагателни благоприятни условия на инструмента, който да бъде употребен дълготрайно време “, пишат откривателите в публикацията.
„ Предлагат се бъдещи модулни надстройки за инструмента CAL за разширени изследвания на задачата, в това число теоретичен модул, построен от JPL, включващ интерферометър с атомна вълна. Освен това, потребните товари за следващи задачи са в стадии на оферти и разработки, осигурявайки непрестанно наличие и приложение на ултра студени атоми в орбита. „
Изследването е оповестено в списание Nature.
