211service.com
Zinātnieki pirmo reizi ir izveidojuši Bozes-Einšteina kondensātus kosmosā
Eksotiskas vielas radīšana Starptautiskajā kosmosa stacijā ir tehnoloģisks varoņdarbs, kas varētu palīdzēt atklāt dziļus fizikas noslēpumus. 2020. gada 11. jūnijs
Aukstā atoma laboratorijas zinātnes šūna. Atomi pie griestiem tiek atdzesēti un veidoti Bozes-Einšteina kondensātā. NASA
Starptautiskajā kosmosa stacijā kopš 2018. gada maija atrodas neliela ledusskapja izmēra iekārta ar nosaukumu Cold Atom Lab (CAL), kas spēj atdzesēt atomus vakuumā līdz temperatūrai, kas ir par vienu desmitmiljardo daļu virs absolūtās nulles. Visiem nolūkiem tā ir viena no aukstākajām vietām zināmajā Visumā. Un saskaņā ar a jauns pētījums, kas publicēts Nature , zinātnieki to tikko izmantoja, lai pirmo reizi kosmosā izveidotu retu matērijas stāvokli.
Bozes-Einšteina kondensāti, ko dažkārt sauc par vielas piekto stāvokli, ir gāzveida atomu mākoņi, kas pārstāj uzvesties kā atsevišķi atomi un sāk uzvesties kā kolektīvs. BEC, kā tos bieži sauc, pirmo reizi paredzēja Alberts Einšteins un Satjendra Nata Boze pirms vairāk nekā 95 gadiem, bet zinātnieki tos pirmo reizi novēroja laboratorijā tikai pirms 25 gadiem.
Vispārējā ideja, veidojot BEC, ir injicēt atomus (CAL gadījumā, rubīdiju un kāliju) īpaši aukstā kamerā, lai tos palēninātu. Pēc tam kamerā ar elektrificētu spoli tiek izveidots magnētiskais slazds, ko izmanto kopā ar lāzeriem un citiem instrumentiem, lai pārvietotu atomus blīvā mākonī. Šajā brīdī atomi saplūst viens ar otru, saka Deivids Avelins, NASA Reaktīvo dzinēju laboratorijas fiziķis un jaunā pētījuma galvenais autors.
Lai veiktu eksperimentus, izmantojot BEC, jums ir jāpagriež vai jāatlaiž magnētiskais slazds. Pārpildīto atomu mākonis paplašināsies, kas ir noderīgi, jo BEC ir jāpaliek aukstiem, un gāzēm ir tendence atdzist, kad tās izplešas. Bet, ja BEC atomi atrodas pārāk tālu viens no otra, tie vairs nedarbojas kā kondensāts. Šeit tiek izmantota zemās Zemes orbītas mikrogravitācija. Ja jūs mēģināt palielināt tilpumu uz Zemes, saka Avelīna, gravitācija vienkārši vilks atomus BEC mākoņa centrā līdz slazda apakšai, līdz tie izlīs, izkropļojot kondensātu vai to pilnībā sabojājot. Bet mikrogravitācijā CAL rīki var saturēt atomus kopā pat tad, ja slazda tilpums palielinās. Tas rada ilgāku mūža kondensātu, kas savukārt ļauj zinātniekiem to pētīt ilgāk nekā uz Zemes (šī sākotnējā demonstrācija ilga 1,118 sekundes, lai gan mērķis ir spēt noteikt mākoni līdz 10 sekundēm).
Deivids Avelins pirms palaišanas novēro CAL vides testēšanā NASA Jet Propulsion Lab.
Lai gan tas ir tikai pirmais solis, CAL eksperiments kādu dienu varētu ļaut BEC veidot pamatu īpaši jutīgiem instrumentiem, kas nosaka vājus signālus no dažām Visuma noslēpumainākajām parādībām, piemēram, gravitācijas viļņiem un tumšo enerģiju. No praktiskāka viedokļa Aveline uzskata, ka komandas darbs varētu pavērt ceļu labākiem inerciālajiem sensoriem. Viņš saka, ka lietojumi ir no akselerometriem un seismometriem līdz žiroskopiem.
Tikmēr pētnieki var paspēlēties ar CAL, ko Avelīna raksturo kā pagriežamu pogu sistēmu, lai radītu unikālus apstākļus eksperimentiem ar atomiem. Komanda tagad zina, ka tā var radīt Bose-Einšteina kondensātus kosmosā. Nākamais solis ir iestatījumu pielāgošana, lai redzētu, kas ar tiem notiek, kad pogas tiek pagrieztas uz 11.