Исследователи смогли произвести на борту МКС конденсат Бозе-Эйнштейна — пятое состояние вещества — и держать его более секунды. Настоящий подвиг, который в конечном итоге может помочь раскрыть глубокие тайны физики.
Около двух лет назад на Международной космической станции была установлена лаборатория холодного атома, полезная нагрузка размером с холодильник. Его задача: замедлить и охладить атомы до доли выше абсолютного нуля (-273,15 градусов по Цельсию), самой холодной температуры во Вселенной. При этом, и если позволят условия, исследователи будут получать конденсаты Бозе-Эйнштейна (БЭК).
Предсказанные Альбертом Эйнштейном и индийским математиком Сатьендрой Натхом Бозе почти столетие назад, они образуют «пятое состояние материи«, причем обычными четырьмя состояниями являются твердое тело, жидкость, газ и плазма.
Замедление материи
Конденсаты Бозе-Эйнштейна образуются при охлаждении атомов до уровня, близкого к абсолютному нулю. Чтобы сделать это, исследователи полагаются на лазеры, чтобы замедлить их как можно больше (чем холоднее становятся атомы, тем больше энергии они теряют, и тем медленнее они движутся).
После замедления, частицы удерживаются магнитным полем. Затем они накладываются друг на друга, конденсируются и, наконец, образуют единое квантовое состояние. Своего рода «супер-атом».
Освободив магнитную ловушку, ученые могут наблюдать свойства этого состояния вещества.
Малейшего взаимодействия с внешним миром достаточно, чтобы нагреть конденсаты. Их можно создать на Земле, но у нашей планеты есть серьезный недостаток: ее гравитация. Она, вмешиваясь в магнитные поля, необходимые для удержания их на месте, не позволяет наблюдать эти облака атомов более доли секунды. После чего все рушится.
Состояние поддерживается более секунды
Микрогравитационная среда, окружающая МКС, преодолевает эту проблему, что в конечном итоге позволяет лучше поддерживать это «пятое состояние вещества». В этот четверг команда НАСА обнародовала первые результаты эксперимента, в котором атомами рубидия — мягкого металла, похожего на калий — можно манипулировать без земных ограничений.
Исследователи, по их словам, добились успеха в создании конденсатов Бозе-Эйнштейна, удерживаемых таким образом более секунды, что дало команде беспрецедентный шанс изучить их свойства.
Эта работа, опубликованная в журнале , является лишь «начальной демонстрацией преимуществ микрогравитационной среды для экспериментов по атомному охлаждению», пишут исследователи, но она прокладывает путь для дальнейших важных достижений.
В конечном счете, чем больше мы сможем «овладеть» этим состоянием материи, тем больше мы сможем изучать квантовые явления, которые никогда не видели раньше, и многое другое. Области применения варьируются от экспериментов по общей теории относительности до поиска темной энергии, которая, как полагают, ответственна за ускоренное расширение Вселенной.
В будущих экспериментах исследователи будут стремиться поддерживать это состояние материи еще дольше. При этом у них будут средства для более детального его изучения. Роберт Томпсон, физик из Калифорнийского технологического института в Пасадене, также рассказал о своем стремлении соединить атомы рубидия с атомами калия, чтобы понять, что происходит при смешивании двух конденсатов.