Благодаря микрогравитации удалось поддерживать нестандартное состояние материи в течение рекордного периода.
Конденсат Бозе — Эйнштейна представляет собой уникальное состояние вещества, возникающее при температурах, близких к абсолютному нулю. Он формируется из бозонов — частиц, способных находиться в одном и том же квантовом состоянии. В этом состоянии все атомы действуют как единый квантовый объект, описываемый общей волновой функцией.
Бозе — Эйнштейна конденсат представляет для физиков-конденсаторов особенный интерес, поскольку он дает возможность наблюдать квантовые явления в масштабах, сопоставимых с размерами макрообъектов. Исследователи считают, что изучение этого пятого агрегатного состояния может помочь раскрыть природу темной энергии — гипотетической формы энергии, предположительно вызывающей ускоренное расширение Вселенной.
Изучение бозе-конденсатов на Земле представляет собой сложную задачу, поскольку поддержание вещества в необходимом состоянии затрудняется из-за температуры окружающей среды и гравитации. Для этих целей космос является гораздо более подходящей средой. Сегодня группа исследователей опубликовала в журнале Nature статью о наблюдениях бозе-конденсата на Международной космической станции.
В земных лабораториях конденсат Бозе — Эйнштейна существует лишь считанные миллисекунды. На МКС это агрегатное состояние может сохраняться до нескольких секунд, предоставляя физикам уникальные возможности для исследования его характеристик. Температура при этом снизилась почти до абсолютного нуля.
Роберт Томпсон и его коллеги из Калифорнийского технологического института в Пасадене успешно создали бозе-конденсат, используя автономную установку EXPRESS, ранее доставленную на МКС в 2018 году. Для получения конденсата был использован рубидий.
Атомное облако насчитывало около 49 тысяч атомов, при этом четверть приходилась на конденсат. Это значение в три раза превышает результаты, достигнутые в земных экспериментах с использованием EXPRESS. Анализ ширины сконденсированного облака позволил определить, что температура конденсата в состоянии захвата составила 17 нанокельвинов.
Ученым также удалось наблюдать группу атомов в состоянии, не проявляющем магнитных свойств. В обычных условиях, на Земле, такие атомы не формируются при создании бозе-конденсата из рубидия, однако их появление возможно на МКС, что обусловлено отсутствием гравитации.
Авторы исследования утверждают, что их данные демонстрируют выгоды от изучения бозе-эйнштейновского конденсата в условиях микрогравитации. В перспективе ученые планируют использовать установку EXPRESS для получения уникальных атомных сочетаний в конденсате и изучить его потенциал в разработке атомных лазеров сферической формы.
Ранее мы писали о том, как поведение нейтрино указало на возможное решение проблемы дефицита антиматерии во Вселенной, а сверхточные эксперименты позволили оценить гравитацию на дистанциях менее 50 микрометров и не обнаружили никаких следов свернутых измерений Вселенной.