NASA Science Mission Directorate

Jan. 30, 2014: alle ved, at rummet er koldt. I den store kløft mellem stjerner og galakser falder temperaturen af gasformigt stof rutinemæssigt til 3 grader K eller 454 grader under nul Fahrenheit.

det er ved at blive endnu koldere.

NASA-forskere planlægger at skabe det koldeste sted i det kendte univers inde i Den Internationale Rumstation.

“vi skal studere stof ved temperaturer, der er langt koldere end naturligt,” siger Rob Thompson fra JPL. Han er projektforsker for NASAs Cold Atom Lab, et atomisk ‘køleskab’, der er planlagt til lancering til ISS i 2016. “Vi sigter mod at skubbe effektive temperaturer ned til 100 pico-Kelvin.”

100 pico-Kelvin er kun en ti milliarddel af en grad over absolut nul, hvor al den termiske aktivitet af atomer teoretisk stopper. Ved sådanne lave temperaturer er almindelige begreber fast, flydende og gas ikke længere relevante. Atomer, der interagerer lige over tærsklen for nul energi, skaber nye former for stof, der i det væsentlige er … kvantespring.

kvantemekanik er en gren af fysik, der beskriver de bisarre regler for lys og stof på atomskalaer. I dette rige kan materie være to steder på en gang; objekter opfører sig som både partikler og bølger; og intet er sikkert: kvanteverdenen kører på Sandsynlighed.

det er i denne mærkelige verden, at forskere, der bruger Cold Atom Lab, vil springe.

“vi begynder,” siger Thompson, “ved at studere Bose-Einstein-kondensater.”

i 1995 opdagede forskere, at hvis du tog et par millioner rubidiumatomer og afkølede dem nær absolut nul, ville de smelte sammen til en enkelt bølge af stof. Tricket fungerede også med natrium. I 2001 Eric Cornell fra National Institute of Standards & teknologi og Carl Vieman fra University of Colorado delte Nobelprisen med Ulvgang Ketterle fra MIT for deres uafhængige opdagelse af disse kondensater, som Albert Einstein og Satyendra Bose havde forudsagt i det tidlige 20.århundrede.

hvis du opretter to Bec ‘ er og sætter dem sammen, blandes de ikke som en almindelig gas. I stedet kan de” blande sig ” som bølger: tynde, parallelle lag af stof adskilles af tynde lag af tomt rum. Et atom i en BEC kan føje sig til et atom i en anden BEC og producere – intet atom overhovedet.

“Cold Atom Lab vil give os mulighed for at studere disse objekter ved måske De laveste temperaturer nogensinde,” siger Thompson.

laboratoriet er også et sted, hvor forskere kan blande superkølede atomgasser og se, hvad der sker. “Blandinger af forskellige typer atomer kan flyde sammen næsten helt fri for forstyrrelser,” forklarer Thompson, “så vi kan foretage følsomme målinger af meget svage interaktioner. Dette kan føre til opdagelsen af interessante og nye kvantefænomener.”

rumstationen er det bedste sted at gøre denne forskning. Mikrogravity giver forskere mulighed for at afkøle materialer til temperaturer meget koldere end muligt på jorden.

Thompson forklarer hvorfor:

“det er et grundlæggende princip for termodynamik, at når en gas udvides, afkøles den. De fleste af os har praktisk erfaring med dette. Hvis du sprøjter en dåse aerosoler, bliver dåsen kold.”

Kvantegasser afkøles på samme måde. I stedet for en aerosol kan vi dog have en ‘magnetisk fælde.’

“på ISS kan disse fælder gøres meget svage, fordi de ikke behøver at understøtte atomerne mod tyngdekraften. Svage fælder tillader gasser at ekspandere og afkøle til lavere temperaturer, end det er muligt på jorden.”

ingen ved, hvor denne grundlæggende forskning vil føre. Selv de” praktiske ” applikationer, der er opført af Thompson—kvantesensorer, stofbølgeinterferometre og atomlasere, for blot at nævne nogle få—lyder som science fiction. “Vi går ind i det ukendte,” siger han.

forskere som Thompson tænker på det kolde Atomlaboratorium som en døråbning ind i kvanteverdenen. Kunne døren svinge begge veje? Hvis temperaturen falder lavt nok, ” vil vi være i stand til at samle atombølgepakker så brede som et menneskehår-det vil sige stort nok til, at det menneskelige øje kan se.”En skabning af kvantefysik vil være kommet ind i den makroskopiske verden.

og så begynder den virkelige spænding.

For mere information om Cold Atom Lab, besøg coldatomlab.jpl.nasa.gov

forfatter: Dr. Tony Phillips / Produktionsredaktør: Dr. Tony Phillips / kredit: videnskab@NASA