NASA Science Mission Directorate
Jan. 30, 2014: každý ví, že prostor je chladný. V obrovské propasti mezi hvězdami a galaxiemi teplota plynné hmoty běžně klesá na 3 stupně K nebo 454 stupňů pod nulou Fahrenheita.
chystá se ještě chladnější.
vědci NASA plánují vytvořit nejchladnější místo ve známém vesmíru uvnitř Mezinárodní vesmírné stanice.
“budeme studovat hmotu při teplotách mnohem chladnějších, než se přirozeně vyskytují,” říká Rob Thompson z JPL. Je to Projekt Vědec za NASA je Zima Laboratoř Atom, atomové ‘lednička’ plánován na startu k ISS v roce 2016. “Naším cílem je tlačit efektivní teploty až na 100 pico-Kelvinů.”
100 pico-Kelvin je jen deset miliardtiny stupně nad absolutní nulou, kde se teoreticky zastaví veškerá tepelná aktivita atomů. Při tak nízkých teplotách již běžné koncepty pevných, kapalných a plynných látek nejsou relevantní. Atomy interagující těsně nad prahem nulové energie vytvářejí nové formy hmoty, které jsou v podstatě … kvantum.
kvantová mechanika je odvětví fyziky, které popisuje bizarní pravidla světla a hmoty na atomových stupnicích. V této oblasti může být hmota na dvou místech najednou; objekty se chovají jako částice i vlny; a nic není jisté: kvantový svět běží na pravděpodobnosti.
do této podivné sféry se ponoří vědci používající laboratoř studeného atomu.
” začneme, “říká Thompson,” studiem Bose-Einsteinových kondenzátů.”
v roce 1995 vědci zjistili, že pokud vezmete několik milionů atomů rubidia a ochladíte je blízko absolutní nuly, spojí se do jediné vlny hmoty. Trik fungoval i se sodíkem. V roce 2001 Eric Cornell Národního Institutu pro Standardy & Technologie a Carl Wieman z University of Colorado dělil se o Nobelovu Cenu s Wolfgang Ketterle z MIT pro jejich nezávislý objev těchto kondenzátů, které Albert Einstein a Satyendra Bose předpovídal na počátku 20.století.
pokud vytvoříte dvě Bec a dáte je dohromady, nemíchají se jako obyčejný plyn. Místo toho mohou “zasahovat” jako vlny: tenké paralelní vrstvy hmoty jsou odděleny tenkými vrstvami prázdného prostoru. Atom v jednom BEC se může přidat k atomu v jiném BEC a produkovat-žádný atom vůbec.
“Studené Atom Laboratoře nám umožní studovat tyto předměty na snad nejnižší teploty vůbec,” říká Thompson.
laboratoř je také místem, kde mohou vědci míchat super chladné atomové plyny a vidět, co se stane. “Směsi různých druhů atomů může plavat spolu téměř zcela bez poruch,” vysvětluje Thompson, “což nám umožňuje provádět citlivá měření velmi slabých interakcí. To by mohlo vést k objevu zajímavých a nových kvantových jevů.”
vesmírná stanice je nejlepším místem pro tento výzkum. Mikrogravitace umožňuje vědcům chladit materiály na teploty mnohem chladnější, než je možné na zemi.
Thompson vysvětluje proč:
” je to základní princip termodynamiky, že když se plyn rozpíná, ochlazuje se. Většina z nás má s tím praktické zkušenosti. Pokud stříkáte plechovku aerosolů, plechovka zchladne.”
kvantové plyny jsou chlazeny téměř stejným způsobem. Místo aerosolové plechovky však máme magnetickou past .”
” na ISS mohou být tyto pasti velmi slabé, protože nemusí podporovat atomy proti gravitačnímu tahu. Slabé pasti umožňují plynům expandovat a ochlazovat na nižší teploty, než je možné na zemi.”
nikdo neví, kam tento základní výzkum povede. Dokonce i” praktické ” aplikace uvedené Thompsonem-kvantové senzory, interferometry hmotných vln a atomové lasery, abychom jmenovali alespoň některé—zní jako sci-fi. “Vstupujeme do neznáma,” říká.
vědci jako Thompson považují laboratoř studeného atomu za vchod do kvantového světa. Mohly by se dveře otočit oběma směry? Pokud teplota klesne dostatečně nízko, ” budeme schopni sestavit balíčky atomových vln tak široké jako lidský vlas-to je dost velké na to, aby to lidské oko vidělo.”Stvoření kvantové fyziky vstoupí do makroskopického světa.
a pak začíná skutečné vzrušení.
Pro více informací o Studené Atom Lab, navštivte coldatomlab.jpl.nasa.gov
Autor: Dr. Tony Phillips | Výroba editor: Dr. Tony Phillips / kredit: věda@NASA
